Síntese e Avaliações de Desempenho de ZnCoS/ZnCdS com Estrutura de Cristal Duplo para Fotocatálise Redox Multifuncional em Aplicações de Energia

Nossa equipe estuda nanoestruturas híbridas para energia limpa e ambientes, focando em mecanismos nanocatalíticos para aumentar a eficiência, seletividade e escalabilidade da conversão solar para química e remediação ambiental por meio de fotocatálise e eletrocatálise. Avanços recentes incluem nanomateriais 2D, nanocomposições à base de carbono e heterojunções baseadas em metabissulfitos para aplicações fotoredox na evolução do hidrogênio, conversão de CO2, reforma plástica e síntese orgânica, impulsionando assim a energia solar para eficiência química e sustentabilidade. Meu trabalho tem se concentrado na criação de nanocatalisadores avançados para fotossíntese artificial e catálise fototérmica, alcançando melhorias significativas na produção de hidrogênio e gás de sínsia impulsionados pelo sol, ao mesmo tempo em que gira a química fundamental da superfície e os mecanismos de reação que impulsionam conversões de energia sustentáveis.

Nosso protocolo explora sulfeto de zinco-cobre sobre sulfeto de zinco-cádmio entre junções de lançamento rápido, wurtzita e zincblenda e reservatórios de elétrons de sulfureto de zinco-cobre, possibilitando separações superiores de carga, utilizações de luz visível e evoluções de hidrogênio e produção de benzaldeído de dupla função com eficiência significativamente aprimorada. Minha pesquisa futura foca no design de fotocatalisadores e eletrocatalisadores avançados para conversão de monóxido de carbono, conversão de metano, transformação de nitrato em amônia, produção e armazenamento de hidrogênio, conversão de biomassa e upcycling de plásticos, com o objetivo de alcançar aplicações escaláveis, eficientes e sustentáveis de energia solar para energia química com eficiência superior a 5%. Para começar, coloque um béquer de 100 mililitros sobre a superfície de trabalho e despeje 40 mililitros de solução de etilenoglicol nela. Usando uma espátula, adicione acetato de zinco dihidratado, acetato de cobalto tetrahidratado e tioacetamida à solução.

Submeta a solução a um tratamento ultrassônico por 30 minutos. Depois, mexa continuamente por quatro horas na temperatura ambiente. Transfira a mistura resultante para um autoclave de aço inoxidável revestido de polímero sintético de 100 mililitros.

Depois, transfira a solução para um forno pré-aquecido e aqueça a 180 graus Celsius por 12 horas. Usando uma centrífuga, colete o precipitado cinza escuro. Depois, lave o precipitado três vezes, cada uma com água desionizada e etanol.

Seque a amostra de cinza escuro lavada em forno durante a noite a 60 graus Celsius para obter um pó de sulfeto de zinco e cobalto cinza escuro. Para sintetizar sulfureto de zinco e cádmio, despeje 40 mililitros de água desionizada em um béquer de 100 mililitros. Usando uma espátula, adicione acetato de zinco diidratado, diidratado de acetato de cádmio, sulfeto de sódio hidratado e tioacetamida na solução.

Submeta a solução ao tratamento ultrassônico por 30 minutos, seguido de mexer por três horas na temperatura ambiente. Em seguida, adicione 0,2 molar de solução aquosa de hidróxido de sódio em gotas na solução mexida para ajustar o pH para 7,0. Transfira a solução ajustada para um autoclave de aço inoxidável revestido de polímero sintético de 100 mililitros.

Depois, coloque a solução no forno e aqueça a 180 graus Celsius por 24 horas. Usando uma centrífuga, colete o precipitado amarelado e lave o precipitado três vezes cada com água desionizada e etanol. Transfira o precipitado amarelado lavado para um forno e seque durante a noite a 60 graus Celsius para obter pó sólido de sulfeto de cádmio e zinco.

Para sintetizar o fotocatalisador, dissolve 4 miligramas de sulfeto de zinco-cobalto e 0,196 gramas de sulfeto de cádmio de zinco em 40 mililitros de água desionizada. Após a ultrassonagem, colete o precipitado amarelado e lave a amostra três vezes, cada uma com água desionizada e etanol. Transfira o precipitado amarelado lavado para um forno e seco-o durante a noite a 60 graus Celsius.

O produto final é um pó sólido amarelado de sulfeto de zinco-cobalto e sulfeto de zinco cadmium. Adicione 20 miligramas do fotocatalisador sintetizado e 60 mililitros de solução aquosa de álcool benzílico em um béquer de 100 mililitros. Coloque o béquer em um limpador ultrassônico e realize a ultrasonicação por 30 minutos.

Em seguida, transfira a solução para uma célula de reator de irradiação com três gargalos, no topo e insira, uma barra magnética de agitação. Mantenha a solução sob uma agitação lenta durante todo o processo de reação. Em seguida, conecte uma armadilha de umidade ao lado a jusante da célula do reator.

Em seguida, conecte a saída à entrada do circuito de amostragem de gás do sistema de cromatografia gasosa. Além disso, conecte a saída do circuito de amostragem de gás à entrada da célula do reator para formar um sistema de circulação de gás fechado. Sele o reator com uma janela de vidro.

Depois, purge o gás nitrogênio a uma vazão de 50 mililitros por minuto através do reator por 30 minutos para remover todo o ar interno. Agora, ligue a bomba peristáltica e ajuste a vazão para 20 mililitros por minuto para circular o gás nitrogênio dentro do sistema fechado de circulação de gás. Ligue a lâmpada de xenônio em 15 volts e posicione-a de modo que a luz passe pela janela de vidro e alcance a solução dentro do reator.

Após a reação, usando um filtro de seringa de nylon de 0,22 micrômetro, filtre um mililitro da suspensão. Dilua a suspensão filtrada com água desionizada na proporção de 1 para 9. Por fim, utilize um sistema de cromatografia líquida de alto desempenho equipado com um detector de matriz de fotodiodos e uma coluna de alto desempenho de 100 Angstrom.

As imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução confirmaram a coexistência das fases zincblenda e wurtzita no sulfeto de zinco-cádmio, e uma fronteira de interfase distinguiu claramente os dois domínios cristalinos. A estrutura de interfase da heterojunção de sulfeto de zinco-cobalto e sulfeto de zinco-cádmio foi observada de forma distinta, demonstrando a incorporação bem-sucedida do sulfeto de zinco-cobalto nas interfases de zincblenda e wurtzita do sulfeto de zinco-cádmio. Os espectros de absorção visível aos raios UV mostraram que o sulfeto de zinco-cádmio tinha uma absorvância maior na região visível em comparação com o sulfeto de zinco-cobalto, e a heterojunção do sulfeto de zinco-cobalto e do sulfeto de zinco-cádmio exibiam uma absorção ligeiramente aumentada em relação ao sulfeto de zinco-cádmio sozinho.

A banda proibida óptica do sulfeto de zinco-cádmio foi calculada em aproximadamente 2,49 elétrons, com base na análise de gráfico de conversa. As isotermas de adsorção/dessorção de nitrogênio revelaram que as amostras de sulfeto de zinco-cobalto e sulfeto de zinco cádmio apresentavam características mesoporosas, com um aumento acentuado na adsorção à pressão relativa próxima a 1,0. A distribuição do tamanho dos poros do sulfeto de zinco-cobalto e do sulfeto de cádmio de zinco concentrou-se principalmente entre 25 e 35 nanômetros, confirmando a natureza mesoporosa do material.