Plasma

Jul 05, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7427 (2023) Citer cet article

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L'oxyde de tungstène nanostructuré en tant qu'oxyde métallique semi-conducteur a attiré une attention considérable en raison de ses propriétés prometteuses et remarquables. Les nanoparticules d'oxyde de tungstène peuvent être utilisées dans un large éventail de technologies et d'applications telles que les catalyseurs, les capteurs, les supercondensateurs, etc. Dans cette étude, les nanoparticules ont été préparées via une méthode simple utilisant une décharge luminescente atmosphérique. Cette approche moderne présentait de nombreux avantages, tels qu'une efficacité élevée et un fonctionnement simple. La synthèse a été réalisée en une seule étape et sur une courte période commençant à 2 minutes et se poursuivant pendant 8 minutes. Le diagramme de diffraction des rayons X a révélé la formation \({\mathrm{WO}}_{3}\) à pression atmosphérique. La taille des particules synthétisées a été caractérisée par microscopie électronique à balayage. Selon les résultats expérimentaux, la synthèse était fortement influencée par la tension appliquée, le type de gaz et le côté formant le plasma à la surface de l’eau. L'augmentation de la différence de potentiel électrique et de la conductivité thermique du gaz a conduit à un taux de synthèse plus élevé, tandis que ce taux a été réduit en diminuant le poids atomique du gaz.

Les nanoparticules ont été largement utilisées en raison de leurs propriétés optiques, de leur forme et de leur taille uniques. Les méthodes biologiques, chimiques et physiques sont des méthodes de synthèse courantes pour ces particules1,2. Les nanoparticules métalliques (MNP) attirent l'attention des scientifiques pour leurs propriétés ajustables pouvant être utilisées dans un large éventail d'applications, notamment la biomédecine, l'industrie électronique et les dispositifs optiques3,4,5,6. Une poudre cristalline composée de nanoparticules métalliques, telle que l'oxyde de tungstène, également connu sous le nom de trioxyde de tungstène (\({\mathrm{WO}}_{3}\)), peut être utilisée en électrochimie, dans les photocatalyseurs, dans les fenêtres intelligentes et dans les appareils électroniques7. ,8,9,10.

La recherche et le développement liés aux nanotechnologies se sont accélérés à l’échelle mondiale. L'un de leurs produits clés sont les nanoparticules métalliques (MNP). Les nanoparticules sont le plus souvent synthétisées par des techniques chimiques humides. Ceux-ci créent une nucléation avec l’aide d’agents chimiques réducteurs présents dans la solution11. En comparaison, la synthèse par plasma prépare le noyau sans agents chimiques ni agents sus-jacents. Dans les plasmas non thermiques (NTP), les ions et les électrons sont à des températures différentes12. À cet égard, la synthèse non thermique de nanoparticules peut être activée à différentes températures de fusion. Selon la relation Hall-Patch, une résistance similaire à la résistance théorique d'un matériau peut être obtenue en réduisant la taille des grains. La technologie NTP, en tant que méthode de synthèse propre et facile de nanomatériaux, a attiré beaucoup d'attention en raison de ses propriétés spécifiques de réduction de la taille des grains13.

Ashkarran et al.14 ont synthétisé des nanoparticules \({\mathrm{WO}}_{3}\) par la méthode de décharge électrique à l'arc dans de l'eau désionisée avec différents courants d'arc et ont étudié les propriétés des nanoparticules résultantes. La taille des particules dans le courant d'arc de 25 A était d'environ 30 nm. La taille des particules a augmenté avec l'augmentation du courant d'arc jusqu'à 64 nm, ce qui a entraîné une diminution de la bande interdite de 2,9 à 2,6 eV. Les échantillons préparés au courant le plus faible présentaient une activité photocatalytique plus importante en raison de la plus petite taille de particule et de la plus grande surface. Chen et al.15 ont préparé des nanoparticules d'une taille d'environ 5 nm par plasma pulsé dans eau déminéralisée. L'effet de trempe et l'environnement liquide inhérents au plasma pulsé à l'intérieur de l'eau désionisée ont produit des particules ultra-petites avec des longueurs de réseau plus grandes que celles des réseaux de référence. Le \({\mathrm{WO}}_{3}{.\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\) a montré une absorption plus élevée que le ST-01 \({\mathrm{TiO}}_ {2}\) et Wako \({\mathrm{WO}}_{3}\) nanoparticules dans la région visible. Sirotkin et al.16 ont utilisé une décharge de choc sous-marine pour synthétiser des nanoparticules \({\mathrm{WO}}_{3}\), qui ont formé une modification monoclinique \({\mathrm{WO}}_{3}\) avec un diamètre moyen de particules d'environ 60 nm, en fonction du courant de décharge et des électrolytes supplémentaires. L’échantillon présentait une activité photocatalytique élevée en raison de la faible bande interdite et de la structure poreuse. Ranjan et al.17 ont synthétisé des nanoparticules \({\mathrm{WO}}_{3}\) par un processus d'explosion de fil dans un environnement d'oxygène et ont étudié leur comportement photocatalytique. La taille des particules suivait une distribution log-normale avec une taille moyenne minimale de 24,1 nm. La bande interdite des nanoparticules a été mesurée à 2,92 eV. Chang et al.18 ont produit des colloïdes de nano-tungstène \(({\mathrm{W}}_{2.00}\mathrm{ et W})\) avec une taille de particule moyenne de 164,9 nm, une longueur d'onde d'absorbance de 315 nm, \( \upzeta \) un potentiel de - 64,9 mV et une taille de particule minimale de 11 nm en utilisant un système de décharge par étincelle dans de l'eau déminéralisée.