Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Jan 2024)
Evaluation of the photocatalytic activity of ZnO nanorods and nanoflowers grown from seed layers deposited by spin coating
Abstract
The increase in pollution, using photocatalytic materials to degrade organic pollutants remains in force. ZnO is the most used semiconductors for photocatalytic applications. The oriented growth of nanostructures on substrates or seed layers (SL) improves the physical and chemical properties compared to the bulk-grown material. In this work, the photocatalytic efficiency of ZnO nanorods and nanoflowers was evaluated, obtained by hydrothermal growth (HG) over SL deposited by the spin-coating technique (SCT). The characterizations results showed two types of growth: 1D nanostructures with a dimension in the range of 400–1000 nm and diameters of 70–100 nm, and 1D microstructures with approximate 5–11 μm length and diameters of 1–2 μm. However, in the 7 SL system, micro prisms were generated, which led to the formation of 3D nanostructures (micro flowers) of ZnO with a maximum of 6 μm in diameter. The system with 1D and 3D ZnO nanostructures, grown in 7 SL, was the most efficient methylene blue degradation. Achieving 100% transformation in 120 min, with a rate constant of 2.98 × 10−2 min−1. The results show that the SCT deposit combined with the sol–gel method and HG produces 1D and 3D structures with high potential in photocatalytic degradation. Resumen: El aumento de la contaminación, el empleo de materiales fotocatalíticos para degradar contaminantes orgánicos continúa vigente. El óxido de zinc (ZnO) es el semiconductor más utilizado para aplicaciones fotocatalíticas. El crecimiento orientado de nanoestructuras sobre capas semillas (SL) mejora las propiedades físicas y químicas comparado con el material crecido en bulto. En este trabajo se evaluó la eficiencia fotocatalítica de nanovarillas y nanoflores de ZnO obtenidas por crecimiento hidrotérmico (HG) sobre SL depositadas por la técnica spin coating (SCT). Los resultados de las caracterizaciones mostraron dos tipos de crecimiento: nanoestructuras 1D con dimensiones en el rango de 400 a 1.000 nm y diámetros de 70 a 100 nm, y microestructuras 1D con longitud aproximada de 5 a 11 μm y diámetros de 1 a 2 μm. Sin embargo, en el sistema de 7 SL se generaron microprismas orientados, generando nanoestructuras 3D (microflores) con un diámetro máximo de 6 μm. Este sistema fue el más eficiente en la degradación de azul de metileno. Degradando de 100% en 120 min, con una constante de velocidad de 2,98 x 10-2 min-1. Los resultados indican que la SCT combinada con el método sol-gel y el HG produce estructuras 1D y 3D con alto potencial de degradación fotocatalítica.
