Esta revisão oportuna enfoca a síntese de nanoestruturas de estanato de zinco (óxido de zinco e estanho:ZTO) pelo método hidrotérmico, bem como as propriedades físicas e aplicações de diferentes nanoestruturas de estanato de zinco em células solares, sensores de gás, e fotocatalisadores.

A revisão foi publicada em março de 2011 na revista Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados Vol. 12 (2011) p. 013004. É apresentado por Sunandan Baruah e Joydeep Dutta do Instituto Asiático de Tecnologia, Klong Luang, Tailândia.

Nanoestruturas de óxido semicondutor binário, como óxido de zinco e óxido de titânio, são amplamente utilizados em sensores e catalisadores. Contudo, nanoestruturas de óxido semicondutor ternário, que mostram maior condutividade elétrica e são mais estáveis ​​do que o tipo binário, estão cada vez mais em demanda para aplicações específicas devido às suas propriedades físicas particulares. Em contraste com os processos convencionais "de cima para baixo" que envolvem quebrar fisicamente grandes materiais macroscópicos em nanopartículas, a abordagem de "auto-organização" com base química oferece um meio barato e flexível de controlar precisamente o tamanho, estrutura cristalina e propriedades optoeletrônicas de nanoestruturas de óxido semicondutor, que é crucial para o uso de ZTO em aplicações específicas.

As nanoestruturas de ZTO podem ser produzidas usando uma variedade de métodos, incluindo evaporação térmica, calcinação de alta temperatura, retificação mecânica, síntese sol-gel, reação hidrotérmica, e reação de troca iônica. Diferentes métodos produzem diferentes proporções de óxidos de ZTO e impurezas, expresso em estruturas cristalinas alternativas. Os autores descrevem as características pertinentes do método de crescimento hidrotérmico para sintetizar ZTO, incluindo alta pureza do ortostanato de zinco Zn estável ₂ SnO ₄ e a estrutura de cristal "espinela cúbica" que a acompanha. Além disso, o crescimento hidrotérmico é um método atraente e relativamente simples, uma vez que o crescimento do cristal ocorre em temperaturas amenas na água.

O crescimento hidrotérmico típico de nanoestruturas de ZTO consiste no uso de uma mistura aquosa de um sal de zinco, como nitrato de zinco ou cloreto de zinco, e cloreto estânico. Esta mistura é então reduzida a 200-250 C em hidróxido de sódio ou hidróxido de amônio em um ambiente de alta pressão. Vários métodos para o crescimento hidrotérmico de nanoestruturas de ZTO são detalhados pelos autores, com produtos finais variáveis ​​em termos de estrutura cristalina e "composição de fase" - quantidades dos óxidos específicos produzidos.

As propriedades físicas do ZTO dependem do método usado para sua síntese. ZTO é um semicondutor de ‘gap largo’ com um bandgap de cerca de 3,6 eV, mas a energia precisa do bandgap depende das condições de síntese, o que pode resultar em efeitos de confinamento quântico decorrentes do pequeno tamanho das nanoestruturas. O controle das propriedades fotoeletroquímicas de ZTO tem importância prática, e relacionar as propriedades ópticas e eletrônicas do ZTO com a composição e estrutura do cristal pode abrir caminho para aplicações de outros óxidos complexos.

Os autores descrevem aplicações industriais decorrentes das propriedades fotoeletroquímicas do ZTO. Em primeiro lugar, como fotocatalisador, o ZTO pode ser usado para degradar pesticidas nocivos das águas subterrâneas; em segundo lugar, as nanoestruturas porosas são ideais para detecção de gás, pois oferecem altas proporções entre superfície e volume; e em terceiro lugar, o ZTO tem potencial no campo das células solares sensibilizadas com corante, uma alternativa economicamente plausível às células solares convencionais. Dado que apenas algumas morfologias foram relatadas, os autores conjeturam que na próxima década as nanoestruturas de ZTO encontrarão usos em outras aplicações industriais.