Новости: Химия

Наноструктуры ZnO имеют широкие перспективы использования в катализе, фотоэлектронике и фотохимии. Смешивание ZnO с другими материалами на наноуровне меняет свойства обоих компонентов и является шикарной возможностью для создания новых функциональных материалов с желаемыми свойствами и усовершенствования уже существующих. Существенных успехов достигли ученые, работающие над композитными наноматериалами с новыми оптическими и электрическими свойствами, возникающими за счет близкого соседства двух совершенно различных компонентов.

Исследования в области совмещения широко известного широкозонного полупроводника ZnO и углеродных нанотрубок были основаны на идее о возможном появлении у полученного вещества новых оптоэлектрических свойств. Электрохемилюминесценция (ЭХЛ) более ярко, чем фотолюминесценция, проявляется в поверхностно-электронных структурах вследствие того, что последняя сильно зависит от состояния поверхности. Несмотря на все свои достоинства, ЭХЛ наноструктур ZnO практически не исследовалась из-за широкой запрещенной зоны ZnO и нестабильности электрогенерируемых реагентов. В данной работе вместо традиционных методов синтеза нанокомпозитов (в случае нанотрубок ZnO использовался метод импульсного лазерного напыления (PLD) и метод CVD), ввиду их сложности, неуправляемости и дороговизны, решено было использовать метод электрохимического осаждения, хорошо себя зарекомендовавший в предыдущих исседованиях нанотрубок ZnO. Электрохимический метод позволяет обойти проблему перекрывания молекул, чтобы совместить две фазы, и имеет большое преимущество – хорошую контролируемость реакции.

Перед проведением реакции цинковая фольга толщиной 25 мм была отполирована, затем очищена абсолютным этанолом и высушена на воздухе. Нанотрубки в течение 30 минут выдерживались в абсолютном спирте под ультразвуком для лучшего диспергирования. Два кусочка цинковой фольги (5 × 5 × 0.25мм3) были использованы как электроды. Нанотрубки были помещены на поверхность цинкового катода и высушены на воздухе. Затем катод с нанотрубками был на 5 минут помещен в щелочной раствор раствор гидроксида цинка. Два кусочка цинковой фольги были параллельно друг другу помещены в реакционный раствор (20 моль/л H2O2, pH=12) на расстоянии в 1 см для обеспечения устойчивой разности потенциалов в 3 вольта. По истечении некоторого времени на поверхности нанотрубок образовалась серая пленка. Катод с осажденными на нем продуктами был промыт несколько раз дистиллированной водой, высушен при комнатной температуре и изучен на предмет структурных, химических и оптических свойств.

Осаждение наноструктур оксида цинка на поверхность углеродных нанотрубок на катоде из цинковой фольги привело к образованию высокодисперсных нанокомпозитов ZnO. С увеличением времени осаждения нанотрубки сначала были полностью покрыты ZnO, а затем структура слоя ZnO радикально изменилась со сферических наночастиц на лилиоподобные наноцветки, проявившие повышенную электрохемилюминесценцию (ЭХЛ), на порядок выше, чем у чистого ZnO. Это было объяснено свойствами углеродных нанотрубок, замедляющих процесс восстановления ZnO во время ЭХЛ и особой структуре ZnO на поверхности нанотрубок.

Работа «Electrochemical route to the preparation of highly dispersed composites of ZnO/carbon nanotubes with significantly enhanced electrochemiluminescence from ZnO» опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry.