Tuning the photocatalytic activity of ZnO nanoparticles by the annihilation of intrinsic defects provoked by the thermal annealing

Abstract

En el presente trabajo se describe la síntesis, caracterización y actividad fotocatalítica (PCA, photocatalytic activity) de nanopartículas (NPs) de ZnO sintetizadas mediante la técnica de precursores poliméricos. Posteriormente se realizaron tratamientos térmicos en el aire que van de 500 a 900 °C. El análisis de los datos de difracción de rayos X confirma la formación de la estructura cristalina tipo wurtzita en las muestras preparadas y tratadas térmicamente. El tamaño del cristalito se encuentra en función del tratamiento térmico (TT) realizado. Los estudios de espectroscopia UV-Vis muestran que el gap de banda óptica de las NPs de ZnO, disminuye gradualmente, de ~3,4 eV a ~3,1 eV, a medida que aumenta la temperatura del TT. El PCA de las NPs de ZnO aplicadas al colorante de azul de metileno, reveló un aumento de la eficiencia a medida que la temperatura de TT, alcanzando un rendimiento máximo para la muestra tratada a 700 °C. Por encima de esa temperatura de TT, la eficiencia tiende a disminuir ligeramente. Nuestros resultados sugieren que las pruebas de PCA de las NPs de ZnO no muestran una dependencia directa con el tamaño de las NPs, sino que parece estar correlacionadas a la densidad de defectos, como las vacancias de oxígeno, que son moduladas por la temperatura del TT. Además, las curvas de brillo de termoluminiscencia (TL) muestran un pico bien definido situado a ~622 K (~348 °C) para las NPs de ZnO no TT. La intensidad del pico TL muestra una tendencia decreciente con la temperatura de TT hasta ~700 °C. Este resultado se correlaciona con la modulación de las trampas de cargas a medida que aumenta la temperatura de TT. Esto significa que la intensidad del pico TL está directamente relacionada con la cantidad de trampas de cargas (electrones y huecos); por lo tanto, un pico TL más intenso sugiere menos carga fotogenerada disponible para la actividad catalítica, lo que conduce a una marcada reducción de la PCA.