Tổng hợp, đặc trưng và nghiên cứu các tính chất cấu trúc và quang học của hạt nano màng lõi/vỏ SiO2@CuO cho ứng dụng trong thu nhận năng lượng mặt trời

Journal of Materials Science: Materials in Electronics - Tập 33 - Trang 7765-7780 - 2022
Z. Rahimabadi1, M. M. Bagheri-Mohagheghi1, A. Shirpay2
1School of Physics, Damghan University, Damghan, Iran
2Department of Physics, Faculty of Basic Sciences, Khatam Al-Anbia (PBU) University, Tehran, Iran

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, các hạt nano SiO2 và CuO cũng như hạt nano màng lõi/vỏ SiO2@CuO đã được chế tạo bằng phương pháp khử hóa học với NaBH4 làm tác nhân khử và hai tác nhân khác nhau gồm silica chức năng và silica không chức năng. Các đặc tính cấu trúc và quang học của hạt nano SiO2, CuO và hạt nano màng lõi/vỏ SiO2@CuO đã được nghiên cứu bằng phân tích nhiễu xạ tia X (XRD), vi kính điện tử quét (SEM), vi kính điện tử truyền (TEM), phân tích UV-Vis và phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier. Phân tích XRD cho thấy cấu trúc vô định hình cho hạt nano SiO2 và sự hiện diện của pha oxide đồng cũng như hạt nano silica vô định hình cho hạt nano màng lõi/vỏ SiO2@CuO. Hình ảnh SEM cho thấy hình dạng cầu của hạt nano silica với sự phân bố đồng nhất. Hình ảnh TEM cho thấy sự hiện diện của một lớp hạt nano oxide đồng trên hạt nano silica cầu. Đường kính trung bình của các hạt nano màng lõi/vỏ SiO2/CuO được ước lượng trong khoảng 150 ± 10 nm. Phân tích UV-Vis cho thấy khoảng cách băng của các hạt nano silica (SiO2) là Eg = 4.37 eV, oxide đồng (CuO), Eg = 1.75 eV và hạt nano màng lõi/vỏ SiO2/CuO, Eg = 2.63–4.20 eV, cho thấy việc phủ các hạt nano oxide đồng lên hạt silica. Sự hấp thụ quang học của hạt nano màng lõi/vỏ SiO2@CuO ở mức 105 trong khoảng rộng của λ=200–600 nm, điều này cho thấy tính phù hợp với các vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời.

Từ khóa

#SiO2 #CuO #Hạt nano #Năng lượng mặt trời #Hấp thụ quang học

Tài liệu tham khảo

S. Ahmad, I. Ashraf, M.A. Mansoor, S. Rizwan, M. Iqbal, An overview of recent advances in teh synthesis and applications of transition metal carbide nanomaterials. Nanomaterials 11(3), 776 (2021). https://doi.org/10.3390/nano11030776 T. Shweta, A. Arya, A. Gaur, A.L. Sharma, Transition metal dichalcogenide (TMDs) electrodes for supercapacitors: a comprehensive review. J. Phys.: Condens. Matter 33, 303002 (2021) L. Xu, L. Zhang, B. Cheng, J. Yu, Rationally designed hierarchical NiCo2O4–C@Ni (OH)2 core-shell nanofibers for high performance supercapacitors. Carbon N. Y. 152, 652–660 (2019) V. Quispe-Garrido, G.A. Cerron-Calle, A. Bazan-Aguilar, J.G. Ruiz-Montoya, E.O. López, A.M. Baena-Moncada, Advances in teh design and application of transition metal oxide-based supercapacitors. Open Chem. 19(1), 709–725 (2021). https://doi.org/10.1515/chem-2021-0059 I. Şerban, A. Enesca, Metal oxides-based semiconductors for biosensors applications. Front. Chem. 8, 354 (2020). https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00354 A.K. Arora, Synthesis of nanosized CuO particles: a simple and effective method. Int. J. Chem. Sci. 11(3), 1270 (2013) M.S. Zaman (2014) Synthesis, characterization, and device applications of viral-templated copper sulfide and copper oxide semiconductor nanomaterials. S. Laurent, D. Forge, M. Port, A. Roch, C. Robic, L. Vander-Elst, R.N. Muller, Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterizations, and biological applications. Chem. Rev. 108(6), 2064–2110 (2008) S. Kalele, S.W. Gosavi, J. Urban, S.K. Kulkarni, Nanoshell particles: synthesis, properties and applications. Curr. Sci. 91(8), 1038–1052 (2006) R. Nandanwar, P. Singh, F.Z. Haque, Synthesis and characterization of SiO2 nanoparticles by sol-gel process and its degradation of methylene blue. Am. Chem. Sci. J. (ACSj) 5(1), 1–10 (2015) T.L. Simpson, B.E. Volcani (eds.), Silicon and Siliceous Structures in Biological Systems (Springer, Berlin, 2012) X.B. Wang, J. Liu, Z.D. Xu, J. Li, A facile route to prepare hollow SiO2 spheres decorated with NiO nanoparticles. Asian J Chem. 23(5), 2335 (2011) M.C. Gonçalves, M.B. Martins, Multifunctional core-shell nanostructures. Nanomedicine 4, 84–110 (2014) T. Li, J. Moon, A.A. Morrone, J.J. Mecholsky, D.R. Talham, J.H. Adair, Preparation of Ag/SiO2 nanosize composites by a reverse micelle and Sol-Gel technique. Langmuir 15(13), 4328–4334 (1999) R. Hayes, A. Ahmed, T. Edge, H. Zhang, Core–shell particles: preparation, fundamentals and applications in high performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A 1357, 36–52 (2014) M.P. Nikolić, K.P. Giannakopoulos, D. Stamopoulos, E.G. Moshopoulou, V.V. Srdić, Synthesis and characterization of silica core/nano-ferrite shell particles. Mater. Res. Bull. 47(6), 1513–1519 (2012) Z. Libor, Q. Zhang, C. Israel, N.D. Mathur, Nanocoatings on micro-or nanoparticles. Mater. Sci. Technol. 25(11), 1307–1311 (2009) N. Zhang, Y. Gao, H. Zhang, X. Feng, H. Cai, Y. Liu, Preparation and characterization of core–shell structure of SiO2@Cu antibacterial agent. Coll. Surf. B Biointerfaces 81(2), 537–543 (2010) M. Wang, D. Yao, A. Li et al., Enhanced selectivity and stability of Cu/SiO2 catalysts for dimethyl oxalate hydrogenation to ethylene glycol by using silane coupling agents for surface modification. Ind. Eng. Chem. Res. (2020). https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c00789 E. Gioria, F.A. Marchesini, A. Soldati, A. Giorello, J.L. Hueso, L. Gutierrez, Green synthesis of a Cu/SiO2 catalyst for efficient H2-SCR of NO. Appl. Sci. 9, 4075 (2019). https://doi.org/10.3390/app9194075 Q. Yao, Z.H. Lu, Z. Zhang, X. Chen, Y. Lan, One-pot synthesis of core-shell Cu@SiO2 nanospheres and their catalysis for hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane and hydrazine borane. Sci. Rep. 4, 7597 (2014). https://doi.org/10.1038/srep07597 J. Liu, Y. Wu, G. Li, L. Zhang, Preparation and optical absorption properties of CuO/SiO2 nanocomposite films fabricated by Sol-Gel technique. Adv. Mater. Res. 60–61, 283–287 (2009). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.60-61.283 S.H. Tohidi, S. Gholamzadeh, M.A. Zadeh-Shirazi, A.J. Novinrooz, Characterization of sol–gel derived CuO/SiO2 nanostructure on temperature. Int. J. Ind. Chem. 5, 63–68 (2014). https://doi.org/10.1007/s40090-014-0017-5 T. Tenkyong, B. Neena, J. Raja, P.N. Kumar, J. Shyla, Investigation of sol-gel processed CuO/SiO2 nanocomposite as a potential photoanode material. Mater. Sci. Pol. 33, 826–834 (2015). https://doi.org/10.1515/msp-2015-0097 N. Bayal, P. Jeevanandam, Synthesis of SiO2@ NiO magnetic core–shell nanoparticles and their use as adsorbents for the removal of methylene blue. J. Nanopart. Res. 15(11), 2066 (2013) K. Phiwdang, S. Suphankij, W. Mekprasart, W. Pecharapa, Synthesis of CuO nanoparticles by precipitation method using different precursors. Energy Procedia 34, 740–745 (2013) A. Shirpay, M.M. Bagheri Mohagheghi, The effect of chemical reduction conditions on the structural and optical properties of WO3–TeO2 binary compounds by controlled synthesis from oxide precursors. Appl. Phys. A 124, 627 (2018) Z. Li et al., Synthesis of Zn2SiO4@ZnO core-shell nanoparticles and the effect of shell thickness on band-gap transition. Mater. Chem. Phys. 240, 122144 (2020). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122144 J. Mahajan, P. Jeevananda, A facile thermal decomposition approach for the synthesis of SiO2@ ZnS core-shell nanoparticles and their application as effective adsorbent for the removal of Congo red. Mater. Today Commun. 26(2021), 102085 (2021). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102085