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Jun 24, 2023

Le indagini fisiche e ottiche del Cu funzionalizzato con acido tannico

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 9909 (2022) Cita questo articolo 2019 Accessi 3 citazioni 1 Altmetric Metrics dettagli La necessità di un ambiente verde, mite, a basso costo, in grado di

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 9909 (2022) Citare questo articolo

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La necessità di un ambiente verde, a basso costo e in grado di produrre proprietà esotiche delle nanostrutture in uscita è allettante al giorno d’oggi. Utilizzando questi requisiti, le nanostrutture di ossido a base di rame (Cu) sono state sintetizzate con successo tramite reazione one-pot utilizzando polifenolo naturale biocompatibile, acido tannico (TA) sia come agente riducente che come stabilizzante a 60, 70 e 80 °C. Gli studi strutturali e ottici hanno rivelato l'effetto dell'AT sulla morfologia superficiale, sulla purezza della fase, sulla composizione elementare, sulla microdeformazione ottica e sull'energia ottica intrinseca di queste nanostrutture miste di Cu2O e CuO. Il metodo basato sull'ottica descrive i dettagli comparativi del gap multibanda in presenza di più di un elemento con spettri sovrapposti dalla curva di assorbanza di prima derivata \(\frac{\Delta E}{\Delta A}\) e la assorbimento esponenziale dell'energia della coda di Urbach \({E}_{U}\) verso il convenzionale gap di banda Tauc. Il \(\frac{\Delta E}{\Delta A}\) dimostra che l'effetto pronunciato di TA che le nanostrutture di Cu2O e CuO creano un output di bandgap di derivata prima molto sensibile rispetto al bandgap di Tauc. I risultati mostrano anche che la \({E}_{U}\) si è ridotta quando la temperatura ha raggiunto i 70 °C e poi ha subito un improvviso aumento a 80 °C. Il cambiamento nel modello è parallelo all'andamento osservato nel microstrain Williamson-Hall ed è evidente dalle variazioni della dimensione media dei cristalliti \({D}_{m}\) che è anche una causa risposta al cambiamento di temperatura o pH. Pertanto, il lavoro attuale ha chiarito che le correlazioni strutturali e ottiche sulle nanostrutture di Cu2O e CuO sintetizzate in presenza di TA erano la reazione combinata del cambiamento di pH e delle reazioni di complessazione del ligando. I risultati acquisiti suggeriscono una gamma più completa di studi per comprendere meglio l’entità della relazione tra le proprietà fisiche e ottiche delle nanostrutture di ossido a base di Cu funzionalizzate con TA.

La funzionalizzazione delle nanostrutture di ossido a base di rame (Cu) è diventata essenziale nelle applicazioni di dispositivi industriali eccitonici che si manifestano nella conversione e nel trasporto di energia come la moderna generazione di energia catalitica e prodotti elettronici miniaturizzati flessibili o indossabili1,2,3,4,5. Lo sfruttamento delle caratteristiche fisiche intrinseche nei materiali a base di ossidi a base nanometrica che possono essere facilmente sintetizzati e fabbricati è la principale preoccupazione nel percorso di sviluppo di questi materiali. Il percorso di riduzione chimica è il metodo più utilizzato per sintetizzare particelle complesse basate su nanostrutture6,7,8. Le nanostrutture di ossidi a base di Cu appartengono al gruppo degli ossidi metallici con funzionalità superiori nella conversione della luce in altre forme di energia come nei dispositivi fotovoltaici e negli accumulatori solari9,10,11,12. La fattibilità di questi ossidi binari (Cu2O e CuO) come materiale per elettrodi di supercondensatori di tipo p mostra un'eccezionale capacità di raccolta della luce sull'intero spettro visibile e in grado di accumulare quasi tutta l'energia dei fotoni a livello quantistico. L'incorporazione sia di Cu2O che di CuO stimola i cambiamenti bifase in un sistema che innesca proprietà sorprendenti. Ad esempio, la ricombinazione di Cu2O e CuO conferisce un'elevata stabilità con una notevole densità di fotocorrente13,14,15 rispetto al Cu2O o al CuO16 nudo. Questi sono associati ai notevoli cambiamenti nell'assemblaggio o nella distribuzione delle nanostrutture, nella morfologia, nella cristallinità, nella dimensione media dei cristalliti e nel disordine energetico (assorbimento del gap di banda).

I precursori dei sali di rame più comunemente utilizzati come Cu(II) nitrato triidrato, Cu(II) cloruro deidratato e Cu(II) solfato sono noti per le loro proprietà ecotossicologiche nei confronti delle cellule viventi17,18. L'ecotossicologia è dovuta principalmente all'ossidoriduzione attivo degli stessi ioni Cu che facilita la formazione di specie reattive dell'ossigeno del Cu e quindi può causare tossicità da aerosol. Da mezzo secolo, la causa nota della tossicità fondamentale è legata al numero di ioni rameici liberi e alla loro concentrazione che modifica la speciazione chimica del Cu19,20,21. Va notato che il livello redox degli ioni rameici (Cu2+ o Cu3+) è diverso a causa delle differenze negli stati di ossidazione22,23,24. La labilità delle specie del complesso Cu contribuisce a questa condizione. Tutti questi fattori possono essere ridotti con il fissaggio di ligandi inorganici, che possono principalmente ridurre la labilità e quindi diminuire l'affinità relativa delle nanostrutture ligando. La presenza di molecole organiche potrebbe contribuire a variazioni molto maggiori in termini di distanza di diffusione che potrebbero tenere conto della diversa cinetica delle reazioni successive.