ZnO prepared by solution combustion synthesis: characterization and application as photoanode

Abstract

In this work photoelectrodes based on ZnO produced from combustion synthesis were prepared in a simple and efficient way, directly on the surface of indium tin oxide (ITO), in the presence of different fuels: citric acid, glycine and urea, and undergoing heat treatment at 500 and 600 ºC. The films were characterized by thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, Raman, diffuse reflectance spectroscopy, scanning electron microscopy and electrochemical measurements in the presence and absence of light. The reducing power of each fuel was investigated, as well as low temperature heat treatment was crucial to the available surface area of the formed ZnO materials. The complete conversion to zinc oxide at low calcination temperatures, as well as the particle size were crucial for the photoeletrocatalytic efficiency, since the photoelectrode fuel obtained with glycine and treated at 500 ºC showed better response of the photocurrent (103 µA cm-2 mg-1) and the kinetic parameters (22.9 × 10-3 min-1 cm-2 mg-1) for the photoelectrocatalysis of methylene blue dye under UV irradiation.

Translated abstract

No presente trabalho foram confeccionados de maneira simples e eficiente fotoeletrodos baseados em ZnO produzidos a partir de síntese de combustão, diretamente na superfície de óxido de índio dopado com estanho (ITO), na presença de diferentes combustíveis: ácido cítrico, glicina e ureia, submetidos a tratamento térmico em 500 e 600 ºC. Os filmes foram caracterizados por análise termogravimétrica, difratometria de raios X, Raman, refletância difusa, microscopia eletrônica de varredura e medidas eletroquímicas, na presença e ausência de luz. O poder redutor de cada combustível investigado, bem como baixas temperaturas de tratamento térmico foram determinantes para a área superficial disponível dos materiais de ZnO formados. A completa conversão a óxido de zinco a baixas temperaturas de calcinação, bem como o tamanho das partículas foram determinantes para a eficiência fotoeletrocatalítica. O fotoeletrodo obtido ao utilizar a glicina como combustível da síntese e tratado a 500 ºC, por 2 h, apresentou melhor resposta em relação a fotocorrente (103 µA cm-2 mg-1) e aos parâmetros cinéticos (22,9 × 10-3 min-1 cm-2 mg-1) para a fotoeletrocatálise do corante azul de metileno, sob irradiação UV.