Sintesi e valutazioni delle prestazioni di ZnCoS/ZnCdS con struttura a cristalli gemelli per fotocatalisi redox multifunzionale in applicazioni energetiche

Il nostro team studia nanostrutture ibride per energia pulita e ambienti, concentrandosi su meccanismi nanocatalitici per migliorare efficienza, selettività e scalabilità dalla conversione solare a chimica e bonifica ambientale tramite fotocatalisi ed elettrocatalisi. I progressi recenti includono nanomateriali 2D, nanocompositi a base di carbonio e eterogiunzioni a base di metabisolfiti per applicazioni fotoredox nell'evoluzione dell'idrogeno, nella conversione della CO2, nella riformazione plastica e nella sintesi organica, aumentando così l'efficienza chimica e la sostenibilità del solare. Il mio lavoro si è concentrato sulla creazione di nanocatalizzatori avanzati per la fotosintesi artificiale e la catalisi fototermica, ottenendo miglioramenti significativi nella produzione di idrogeno e gas di syngas alimentati dal sole, ruotando attorno alla chimica superficiale fondamentale e ai meccanismi di reazione che guidano conversioni energetiche sostenibili.

Il nostro protocollo sfrutta il solfuro di zinco-rame rispetto al solfuro di zinco-cadmio tra giunzioni a getto rapido, wurtzite e zincblenda e serbatoi di elettroni di solfuro di zinco-rame, consentendo separazioni superiori di carica, utilizzo della luce visibile e evoluzioni di idrogeno a doppia funzione e produzione di benzaldeide con un'efficienza significativamente migliorata. La mia ricerca futura si concentra sulla progettazione di fotocatalizzatori ed elettrocatalizatori avanzati per la conversione di monossido di carbonio, la conversione del metano, la trasformazione del nitrato in ammoniaca, la produzione e lo stoccaggio di idrogeno, la conversione della biomassa e l'upcycling della plastica, con l'obiettivo di ottenere applicazioni scalabili, efficienti ed sostenibili dal solare in energia chimica con un'efficienza superiore al 5%. Per cominciare, posizionare un becher da 100 millilitri sulla superficie di lavoro e versarvi dentro 40 millilitri di soluzione di glicole etilenico. Utilizzando una spatola, aggiungi acetato di zinco diidrato, acetato di cobalto tetraidrato e tioacetamide nella soluzione.

Sottoponi la soluzione a un trattamento ultrasonico per 30 minuti. Poi mescola continuamente per quattro ore a temperatura ambiente. Trasferire la miscela risultante in un autoclave in acciaio inox rivestito in polimero sintetico da 100 millilitri.

Poi trasferisci la soluzione in un forno preriscaldato e riscalda a 180 gradi Celsius per 12 ore. Usando una centrifuga, raccogli il precipitato grigio scuro. Poi, lava il precipitato tre volte, ciascuna con acqua deionizzata ed etanolo.

Asciugare il campione di grigio scuro lavato in forno durante la notte a 60 gradi Celsius per ottenere una polvere di solfuro di zinco cobalto grigio scuro. Per sintetizzare solfuro di zinco cadmio, versare 40 millilitri di acqua deionizzata in un becher da 100 millilitri. Utilizzando una spatola, aggiungi acetato di zinco diidrato, diidrato di acetato di cadmio, solfuro di sodio idrato e tioacetamide nella soluzione.

Sottoporre la soluzione a un trattamento ultrasonico per 30 minuti, seguita da mescolare per tre ore a temperatura ambiente. Successivamente, aggiungere 0,2 molari di idrossido di sodio in soluzione acquosa a goccia nella soluzione mescolata per regolare il pH a 7,0. Trasferire la soluzione regolata in un autoclave in acciaio inox rivestito di polimero sintetico da 100 millilitri.

Poi, metti la soluzione in forno e scaldala a 180 gradi Celsius per 24 ore. Utilizzando una centrifuga, raccogliere il precipitato giallastro, poi lavare il precipitato tre volte ciascuno con acqua deionizzata ed etanolo. Trasferire il precipitato giallastro lavato in forno e asciugarlo durante la notte a 60 gradi Celsius per ottenere polvere solida di solfuro di cadmio e zinco.

Per sintetizzare il fotocatalizzatore, si dissolvono 4 milligrammi di solfuro di cobalto di zinco e 0,196 grammi di solfuro di zinco cadmio in 40 millilitri di acqua deionizzata. Dopo l'ultrasonicazione, raccogliere il precipitato giallastro, poi lavare il campione tre volte, ciascuna con acqua deionizzata ed etanolo. Trasferisci il precipitato giallastro lavato in forno e asciugalo tutta la notte a 60 gradi Celsius.

Il prodotto finale è una polvere solida di solfuro di zinco cobalto giallastra e solfuro di zinco cadmio. Aggiungi 20 milligrammi del fotocatalizzatore sintetizzato e 60 millilitri di soluzione acquosa di alcol benzilico in un becher da 100 millilitri. Metti il becher in un purificatore a ultrasuoni ed esegui l'ultrasonicazione per 30 minuti.

Successivamente, trasferire la soluzione in una cella di reattore di irradiazione superiore a tre colli e inserire una barra di agitazione magnetica. Mantieni la soluzione sotto una lenta mescolata per tutto il processo di reazione. Successivamente, collega una trappola di umidità al lato a valle della cella del reattore.

Poi, collega l'uscita all'ingresso del circuito di campionamento del gas del sistema di cromatografia gassosa. Inoltre, collegare l'uscita del circuito di campionamento del gas all'ingresso della cella del reattore per formare un sistema di circolazione gassistica chiuso. Sigilla il reattore con una finestra di vetro.

Successivamente, purgare il gas azotato a una portata di 50 millilitri al minuto attraverso il reattore per 30 minuti per rimuovere tutta l'aria all'interno. Ora, accendi la pompa peristaltica e imposta la portata a 20 millilitri al minuto per far circolare il gas azoto all'interno del sistema chiuso di circolazione del gas. Accendi la lampada allo xeno a 15 volt e posizionala in modo che la luce passi attraverso la finestra di vetro e raggiunga la soluzione all'interno del reattore.

Una volta completata la reazione, utilizzando un filtro a siringa in nylon da 0,22 micrometri, filtrare un millilitro della sospensione. Diluire la sospensione filtrata con acqua deionizzata in un rapporto di 1 a 9. Infine, utilizzare un sistema di cromatografia liquida ad alte prestazioni dotato di un rivelatore a matrice di fotodiodi e di una colonna ad alte prestazioni da 100 Angstrom.

Le immagini di microscopia elettronica ad alta risoluzione confermarono la coesistenza delle fasi zincblenda e wurtzite nel solfuro di zinco-cadmio, e un confine di interfase distingueva chiaramente i due domini cristallini. La struttura di interfase dell'eterogiunzione solforo di cobalto di zinco e solfuro di cadmio è stata osservata in modo distinto, dimostrando la riuscita incorporazione del solfuro di cobalto di zinco nelle interfasi zincblenda e wurtzite del solfuro di zinco-cadmio. Gli spettri di assorbanza visibile ai raggi UV hanno mostrato che il solfuro di zinco cadmio aveva un'assorbanza più elevata nella regione visibile rispetto al solfuro di cobalto di zinco, e l'eterogiunzione solfuro di cobalto di zinco e solfuro di cadmio di zinco mostrava un'assorbenza leggermente aumentata rispetto al solfuro di cadmio di zinco da solo.

La banda interbanda ottica del solfuro di zinco-cadmio è stata calcolata a circa 2,49 elettroni sulla base dell'analisi del tallamento del diagramma. Le isoterme di adsorbimento e disorbimento dell'azoto hanno rivelato che i campioni di solfuro di zinco-cobalto e solfuro di zinco cadmio presentavano caratteristiche mesoporose, con un forte aumento dell'adsorbimento a una pressione relativa vicino a 1,0. La distribuzione delle dimensioni dei pori del solfuro di cobalto di zinco e del solfuro di cadmio di zinco era concentrata principalmente tra 25 e 35 nanometri, confermando la natura mesoporosa del materiale.