Introdução

INTRODUÇÃO

        Materiais nanocristalinos atualmente recebem muita atenção por causa dos seus novos métodos de processamento, propriedades e produtos. Nanopartículas Semicondutoras de óxido de metais, como ZnO, TiO2 e ZrO, tem sidos considerados como descoberta científica para várias aplicações. Estes materiais ganharam bastante interesse por causa das suas performances bem conhecidas em eletrônicos, ótica, photonics e aplicações unique quantum, bem como suas abilidades para alterar as propriedades dos dispositivos de estado sólido, que é dependente da aplicação.

        Um estudo mais recente de célula fotoeletroquímica trabalhando com eletrodo de TiO2 nanocristalino que foi desenvolvido por Grätzel et al. A grande área de superfície associada com o uso de eletrodo de nanoparticulas porosas é um importante fator que influencia a performance de PEC. Esta característica é significativa na obtenção de um grande volume de concentração de absorção de corante orgânico e na obtenção de uma eficiente coleta de luz solar de PEC.

        Geralmente, as propriedades de materiais semicondutores de óxidos TiO2 e ZnO, como a estrutura cristalina,ponto de carga zero, nível de energia da banda de condução (CB), e condutividade elétrica, influenciam a performance do trabalho do eletrodo de PEC. ZnO é aparentemente mais flexível que TiO2 como um eletrodo porque a estrutura wurtzite  de ZnO comparada com a estrutura anatase de TiO2. Além disso, ambos os materiais tem similares lacunas de banda de energia (*3.2 eV).

        ZnO tem sido extensamente investigado por causa de suas propriedades únicas, que são aproximadamente similar aquelas de TiO2,apesar de o TiO2 é mais frequente usado no começo da descoberta de semicondutores óxidos. Além disso, ZnO é um composto inorgânico e existe como  mineral zincite na crosta terrestre. Contudo, o ZnO mais comercialmente utilizado é produzido sinteticamente. ZnO aparece como pó branco e quase insolúvel em água mas solúvel em qualquer solvente alcoólico, como o etanol e metanol. O pó de  ZnO é amplamente usado como um aditivo em vários materiais e produtos como os plásticos, cerâmicas,vidro,cimento,borrachas e tintas.

1.2 ZnO: Propriedades e aplicações

        Materiais nanoestruturados de ZnO tem recebido grande atenção, especialmente em eletrônica,ótica e uma grande variedade de aplicações de fotônica, por causa da sua singular e fascinante ótica,mecânica,elétrica e termo-elétrica, e propriedades químicas, bem como as suas potenciais aplicações tecnológicas. Nanomateriais baseados em ZnO são promissores candidatos para nanoeletrônicos e fotônica. Neste capítulo, ZnO,bem como as suas técnicas de síntese, serão discutidas, particularmente o método sol-gel.

         ZnO tem uma estrutura hexagonal wurtzite com uma rede de parâmetros a = 0.325 nm and c = 0.521 nm. A estrutura de ZnO pode ser simplesmente descrita como um número de planos alternados compostos de coordenação tetraédrica e O2- and Zn2+ íons empilhados alternadamente ao longo do eixo c. Wang ET al. Afirmou que a coordenação tetraédrica de ZnO resulta em uma estrutura simétrica não central, piezoeletricidade e  piroeletricidade. ZnO tem superfície polar, e a mais comum superfície é o plano basal. Os íons de cargas  opostas produzem superfícies de cargas positivas de Zn-(0001) e cargas negativas O-(0001), resultando em um momento dipolo normal e polarização espontânea ao longo do eixo –c bem como a divergência na superfície energética.A estrutura atômica plana, estável e ausência de ZnO reconstrução diferenciada a ZnO ± (0001) de superfície polar que geralmente tem faces ou exibem superfície reconstruída massiva para manter a estrutura estável.As outras duas faces mais comumente observadas de ZnO foram {2110} e {0110}_, que foram superfícies não polares tendo energia menor que a face {0001}.

        A condutividade elétrica de ZnO é determinada pelos defeitos intrínsecos presente no material. Dado que o ZnO é dopado intrinsecamente via vacâncias de oxigênio e/ou zinco intersticial, isto funciona como um doador n-tio com energia de ativação entre 30 e 60 meV.

        Outra importante propriedade do ZnO é a de  Eg. (energia de banda proibida). O ZnO é um semicondutor direto de banda proibida com um Eg de  3.2 eV  a temperatura ambiente. Para partículas relativamente grandes de ZnO (de 10 a 150 nm), dos quais são consideravelmente maior que o raio de Bohr, as propriedades óticas e estado de densidade das partículas e a fase mono cristalino são muito similares.

        No ZnO, uma energia proibida, chamada banda proibida, existe entre as duas bandas. As  menores e as maiores bandas são chamadas de bandas de valência e bandas de condução respectivamente. Ambas as bandas são elementos importantes em uma bateria solar. Todo o nível de energia na banda de valência é ocupado por elétrons, e aqueles na banda de condução estão vazios a temperatura de 0 K.

        As bordas (arestas) da banda dos semicondutores de nanopartículas são conhecidas por mudarem o tipo e a quantidade de cátions presentes na interface. De acordo com Soga, os elétrons de um átomo isolado têm níveis de energias discretos. Quando átomos se juntam para formar cristais, o nível de energia divide-se separadamente. No entanto, por causa da interação atômica, os níveis mais aproximados resultam em uma continua banda de energia.

        Diversas bandas são quebradas por vibrações térmicas a temperatura ambiente quando o intervalo da banda proibida é de 0,5 até 3,0 eV. A vibração térmica resultará na criação de elétrons e vacâncias na CB e VC respectivamente. A direção de energia potencial de CB e VB da banda proibida do semicondutor de ZnO é ilustrada na fig 1.1.

        CB e VB são mostradas como sendo o topo de VC e por trás o CB. A energia cinética dos elétrons é medida acima de CB, enquanto que a vacância é medida abaixo de VB, por causa da vacância há carga positiva a do elétron. Os elétrons no CB e vacâncias no VB contribuem para a corrente  fluir. A Tabela 1.1 resume as propriedades de ZnO.