Figure 1 :Images au microscope électronique à balayage des microstructures ZTO :(a) image à faible grossissement des octaèdres Zn2SnO4; (b) cubes de ZnSn(OH)6 formés au stade initial de la réaction (noter la nucléation secondaire sur les surfaces des cubes); (c) un octaèdre Zn2SnO4; (d) des nanoplaques coalescentes. Crédit :2010 Elsevier B.V.
Cette revue d'actualité se concentre sur la synthèse de nanostructures de stannate de zinc (oxyde de zinc et d'étain :ZTO) par la méthode hydrothermale, ainsi que les propriétés physiques et les applications de différentes nanostructures de stannate de zinc dans les cellules solaires, capteurs de gaz, et photocatalyseurs.
La revue est publiée en mars 2011 dans la revue Science et technologie des matériaux avancés Vol. 12 (2011) p. 013004. Il est présenté par Sunandan Baruah et Joydeep Dutta de l'Asian Institute of Technology, Klong Luang, Thaïlande.
Nanostructures d'oxydes semi-conducteurs binaires, tels que l'oxyde de zinc et l'oxyde de titane, sont largement utilisés dans les capteurs et les catalyseurs. Cependant, nanostructures d'oxydes semi-conducteurs ternaires, qui montrent une conductivité électrique plus élevée et sont plus stables que le type binaire, sont de plus en plus demandés pour des applications spécifiques en raison de leurs propriétés physiques particulières. Contrairement aux processus conventionnels « de haut en bas » impliquant la rupture physique de gros matériaux macroscopiques en nanoparticules, l'approche d'« auto-organisation » basée sur la chimie offre un moyen peu coûteux et flexible de contrôler précisément la taille, structure cristalline et propriétés optoélectroniques des nanostructures d'oxydes semi-conducteurs, ce qui est crucial pour l'utilisation de ZTO dans des applications spécifiques.
Les nanostructures ZTO peuvent être produites à l'aide de diverses méthodes, notamment l'évaporation thermique, calcination à haute température, meulage mécanique, synthèse sol-gel, réaction hydrothermale, et la réaction d'échange d'ions. Différentes méthodes produisent différents rapports d'oxydes et d'impuretés ZTO, exprimés dans des structures cristallines alternatives. Les auteurs décrivent les caractéristiques pertinentes de la méthode de croissance hydrothermale pour la synthèse de ZTO, y compris la haute pureté de l'orthostannate de zinc stable Zn
Figure 2. Images au microscope électronique à balayage de microcubes d'hydroxystannate de zinc (ZHS) :(a) grossissement inférieur ; (b) un grossissement plus élevé; (c) schémas du processus de croissance. Crédit :2007 Elsevier B.V.
La croissance hydrothermale typique des nanostructures de ZTO consiste à utiliser un mélange aqueux d'un sel de zinc, comme le nitrate de zinc ou le chlorure de zinc, et le chlorure stannique. Ce mélange est ensuite réduit à 200-250 C dans de la soude ou de l'ammoniaque dans un environnement à haute pression. Différentes méthodes de croissance hydrothermale des nanostructures de ZTO sont détaillées par les auteurs, avec des produits finaux variables en termes de structure cristalline et de « composition de phase » – quantités d'oxydes particuliers produits.
Les propriétés physiques des ZTO dépendent de la méthode utilisée pour leur synthèse. Le ZTO est un semi-conducteur « large bande » avec une bande interdite d'environ 3,6 eV, mais l'énergie précise de la bande interdite dépend des conditions de synthèse, ce qui pourrait entraîner des effets de confinement quantique dus à la petite taille des nanostructures. Le contrôle des propriétés photoélectrochimiques du ZTO a une importance pratique, et relier les propriétés optiques et électroniques du ZTO à la composition et à la structure cristalline peut ouvrir la voie à des applications d'autres oxydes complexes.
Les auteurs décrivent des applications industrielles découlant des propriétés photoélectrochimiques du ZTO. Premièrement, en tant que photocatalyseur, le ZTO peut être utilisé pour dégrader les pesticides nocifs des eaux souterraines; deuxièmement, les nanostructures poreuses sont idéales pour la détection de gaz car elles offrent des rapports surface/volume élevés; et troisièmement, le ZTO a un potentiel dans le domaine des cellules solaires à colorant, une alternative économiquement plausible aux cellules solaires conventionnelles. Étant donné que seules quelques morphologies ont été rapportées, les auteurs pensent qu'au cours de la prochaine décennie, les nanostructures ZTO trouveront des utilisations dans d'autres applications industrielles.
