Mejora del rendimiento fotocatalítico de nanoestructuras híbridas ZnO/In₂O₃ mediante síntesis hidrotérmica

Resumen

Nanopartículas de In₂O₃ híbridas con discos hexagonales gemelos (THD) de ZnO con diferentes proporciones se fabricaron mediante un método hidrotérmico. Los compuestos ZnO/In₂O₃ obtenidos están constituidos por discos hexagonales de ZnO con diámetros de ~1 µm y nanopartículas de In₂O₃ con tamaños de 20–50 nm. Con el aumento del contenido de In₂O₃ en los compuestos, los bordes de absorción de las muestras se desplazaron de UV a región de luz visible. Comparado con ZnO puro, los compuestos ZnO/In₂O₃ muestran actividades fotocatalíticas mejoradas para la degradación de naranja de metilo (MO) y 4-nitrofenol (4-NP) bajo irradiación de luz solar. Debido a la alineación adecuada de su estructura de banda prohibida, la formación de una heteroestructura tipo II puede mejorar la separación eficiente de pares electro-hueco fotogenerados y proporcionar vías convenientes de transferencia de portadores.

Introducción

En años recientes, la contaminación ambiental y la escasez de energía han creado serios problemas sociales y económicos. La fotocatálisis basada en semiconductores se ha empleado ampliamente como técnica altamente eficiente para superar estos problemas. Entre estos óxidos semiconductores, el óxido de zinc (ZnO) ha sido reconocido como un fotocatalizador prometedor debido a sus destacadas propiedades eléctricas y ópticas, bajo costo, alta seguridad biológica, formas y estructuras versátiles, benignidad ambiental y fuerte capacidad de degradación fotocatalítica de contaminantes orgánicos bajo luz UV. Sin embargo, el ZnO con una banda prohibida ancha (Eg = 3,3 eV) solo puede activarse por luz ultravioleta (UV), lo que restringe sus aplicaciones prácticas para energía solar. Otro inconveniente principal del ZnO es la rápida recombinación de pares electrón-hueco fotoinducidos, resultando en bajo rendimiento cuántico para reacciones fotocatalíticas. Por tanto, cómo extender el borde de absorción del ZnO a la región visible para utilizar ~43 % del espectro solar mientras se suprime la recombinación de pares fotoinducidos sigue siendo un gran desafío. Varias estrategias de modificación para activar la fotocatálisis de ZnO bajo luz visible se han empleado en años recientes, incluyendo sensibilización, acoplamiento semiconductor y dopaje. Una estrategia eficiente es acoplar ZnO con otro semiconductor de banda prohibida estrecha (p. ej., CdS, CdSe, Cu₂O, C₃N₄, ZnFe₂O₄, Ag₃PO₄, CuInS₂, AgBr, BiVO₄) para formar heteroestructuras tipo II ZnO/semiconductor de banda estrecha. La formación de heteroestructuras tipo II se ha reconocido como una ruta atractiva para superar las limitaciones del ZnO porque promueve la separación eficiente de cargas, amplía las interfaces de contacto efectivas y mejora la absorción óptica.

El In₂O₃ con banda prohibida de 2,56 eV ha demostrado ser un sensibilizador eficiente para extender los espectros de absorción de luz al acoplarse con otros semiconductores. Además, sus alineaciones de banda de valencia y conducción son escalonadas respecto a las de ZnO. Muchos trabajos sobre compuestos In₂O₃-ZnO se han reportado para degradación de compuestos orgánicos y producción de hidrógeno por fotocatálisis. Estos resultados muestran que la incorporación de In₂O₃ en nanoestructuras de ZnO puede inhibir notablemente la recombinación de pares electrón-hueco fotogenerados y así mejorar la actividad fotocatalítica. A nuestro conocimiento, rara vez se ha reportado la fabricación y mejora de actividades y estabilidad fotocatalítica de ZnO mediante nanopartículas de In₂O₃ híbridas.

En este artículo, nanopartículas de In₂O₃ híbridas con ZnO THD con diferentes proporciones se fabricaron por método hidrotérmico. Se examinaron la microestructura y propiedades ópticas de las heteroestructuras ZnO/In₂O₃. La actividad fotocatalítica y fotoestabilidad de los compuestos ZnO/In₂O₃ se evaluaron mediante MO y 4-NP bajo irradiación lumínica. Finalmente, se discutió y propuso la transferencia de carga y el probable mecanismo fotocatalítico basándose en caracterización óptica, estructura de banda prohibida y reacción de especies reactivas.

Experimental

Formación de la heteroestructura ZnO/In₂O₃

Primero, 0,1 mol de ZnAc y una cantidad molar específica de In(NO₃)₃ con un porcentaje atómico diseñado de In a Zn (aprox. 2,0, 5,0, 8,0, 12,0 y 15,0 % atómico) se disolvieron en 50 ml de agua desionizada para formar una solución clara. Luego, 15 ml de trietanolamina (TEA) se añadieron gota a gota a la solución anterior bajo agitación magnética. Después, la solución mezclada se calentó a 90 °C durante 4 h, los precipitados obtenidos se centrifugaron y lavaron con agua desionizada y etanol varias veces y se secaron en horno a 60 °C. Los compuestos finales ZnO/In₂O₃ se obtuvieron así por recocido a 200 °C durante 1 h. Según las relaciones molares In:Zn de 0, 2, 5, 8, 12 y 15 %, los compuestos se marcaron como Zn-In-0, Zn-In-1, Zn-In-2, Zn-In-3, Zn-In-4 y Zn-In-5, respectivamente. Para comparación, In₂O₃ puro también se fabricó bajo las mismas condiciones.

Caracterización

Las estructuras cristalinas se estudiaron por difracción de rayos X en polvo (XRD) con radiación Cu-Kα de 0,154178 nm. Las morfologías y tamaños de los compuestos ZnO/In₂O₃ se midieron por microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM; JSM-6700F, Japón). Las composiciones químicas se analizaron por espectroscopía dispersiva de energía de rayos X (EDS) acoplada al SEM. Las microestructuras detalladas se caracterizaron por microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (FE-SEM SUPRA™ 40). Los estados químicos se analizaron usando espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS; PHI-5300, ESCA, USA). Los espectros de reflectancia difusa UV-vis (UV-vis DRS) se midieron en un espectrofotómetro UV-3600. Los espectros de fotoluminiscencia (PL; Renishaw1000, UK) se midieron a temperatura ambiente usando láser He-Cd como fuente de excitación a 325 nm. Los espectros PL de atrapamiento de •OH se recogieron en soluciones de ácido tereftálico 5 × 10⁻³ M conteniendo 0,01 M NaOH con diferentes tiempos de irradiación; la longitud de onda de excitación fue 325 nm.

Prueba fotocatalítica

Las actividades fotocatalíticas de las muestras preparadas se evaluaron por degradación fotocatalítica de MO y 4-NP. La distribución de longitud de onda de lámpara de Xenón era similar a la de luz solar; así, una lámpara de Xenón de 500 W se empleó como fuente de luz. Para cada medición, típicamente 10 mg del fotocatalizador se dispersaron en 50 ml de MO (5 mg/l) o 4-NP (1 mg/l) solución acuosa y luego se agitaron en oscuridad durante 30 min para lograr equilibrio adsorción-desorción. La reacción fotocatalítica se llevó a cabo con lámpara de Xenón como fuente de luz solar con agitación continua. A intervalos dados, 3 ml de alícuotas se muestrearon y analizaron registrando variaciones en la banda de absorción (464 y 317 nm) en los espectros UV-vis de MO o 4-NP, respectivamente. Para sondear la fotoestabilidad del catalizador Zn-In-4, se realizó degradación cíclica. En este caso, Zn-In-4 se usó repetidamente, separándose y recogiendo por centrifugación. Tras lavarse con agua y etanol varias veces y secarse a 60 °C durante la noche, el catalizador Zn-In-4 se reutilizó con solución acuosa fresca de MO (5 mg/l) para reacciones subsiguientes bajo condiciones idénticas.

Experimentos de atrapamiento se realizaron para sondear las principales especies activas en el proceso fotocatalítico. El aparato y procedimientos experimentales fueron idénticos a los de las pruebas de actividad fotocatalítica excepto que se añadieron diferentes tipos de secuestradores (1 mM) en la solución de MO. Aquí, se empleó una técnica de fluorescencia para detectar la formación de radicales hidroxilo libres (•OH) y se usó ácido tereftálico (TPA) como molécula sonda. En detalle, el Zn-In-4 sintetizado (0,025 g) se dispersó en 50 ml de solución mixta de 0,25 mmol TPA y 1 mmol NaOH bajo agitación magnética. Tras irradiación con lámpara de Xenón (500 W) durante 90 min, el sobrenadante de la solución de reacción se recogió y examinó con un espectrofotómetro de fluorescencia FP-6500 con longitud de onda de excitación de 315 nm.

Resultados y discusión

Análisis de morfología y estructura de fase

La Figura 1 da las imágenes SEM de compuestos ZnO/In₂O₃ fabricados con diferentes cargas de In₂O₃. Se ve claramente en la Fig. 1a que el ZnO puro presenta forma de disco hexagonal gemelo. Los discos hexagonales gemelos tienen un valor promedio de longitud de lado de ~700–1000 nm, y la altura de cada disco es ~300–400 nm. La Fig. 1 indica claramente que todas las muestras retienen la morfología THD y el tamaño no cambia con el aumento del contenido de In₂O₃. La única diferencia es que la cantidad de nanopartículas de In₂O₃ en la superficie de los compuestos aumenta con el aumento del contenido de In(NO₃)₃. Debe mencionarse que las nanopartículas de In₂O₃ están distribuidas uniformemente en la superficie de cada ZnO THD; hay rara agregación incluso para muestras con alto contenido de In₂O₃. Los espectros EDS de muestras ZnO/In₂O₃ (insertados en la imagen SEM correspondiente) se detectaron dispersando muestras sobre cinta de carbono conductiva. Se detectaron zinc, oxígeno e indio elementales, y los porcentajes de peso y atómicos correspondientes para todas las muestras se listan en la Tabla 1.

La Figura 2 presenta los patrones XRD de los compuestos ZnO/In₂O₃. Para la muestra Zn-In-0, todos los picos de difracción coinciden bien con la estructura wurtzita de ZnO (JCPDS 36–1451). Para los compuestos heteroestructura ZnO/In₂O₃, tres nuevos picos característicos aparecen en valores 2θ de 30,6, 51,1 y 60,7, que pueden indexarse a los planos cristalinos (222), (440) y (622) de la estructura cúbica centrada en el cuerpo de In₂O₃ (JCPDS No. 71–2194), respectivamente. Sin embargo, con el aumento de la relación molar In:Zn en los compuestos, las intensidades de los picos característicos típicos indexados a In₂O₃ aumentan. No se observan picos característicos de otras impurezas, confirmando que los compuestos ZnO/In₂O₃ fabricados con éxito tienen alta pureza.

Para obtener más información de morfología y estructura, la Fig. 3 presenta imágenes HR-TEM de la muestra Zn-In-4. Se encuentra que las estructuras de disco hexagonal tienen diámetro de ~800 nm y las superficies están cubiertas con nanopartículas de In₂O₃. Es obvio que la heteroestructura ZnO/In₂O₃ está compuesta por discos hexagonales gemelos de ZnO y nanopartículas de In₂O₃. La Fig. 3b indica los bordes de discos hexagonales gemelos cubiertos por nanopartículas con diámetros de 20–50 nm. La imagen HR-TEM del área del cuadrado blanco de la Fig. 3b se muestra en la Fig. 3c; una interfaz claramente distinguida puede observarse. El espaciado de 0,248 nm es consistente con el espaciado interplanar de los planos (002) de fase ZnO hexagonal. La parte izquierda exhibe claramente las facetas In₂O₃ (222) con un valor de espaciado de 0,285 nm, consistente con el valor reportado. La buena calidad cristalina y la interfaz nítida entre ZnO e In₂O₃ serían ventajosas para la separación de portadores de carga fotogenerados. La Fig. 3d es el patrón de difracción electrónica de área seleccionada (SAED) de la interfaz, que consiste en dos conjuntos de manchas de difracción de zona. Estos patrones de difracción mixtos indican además la presencia de núcleo cristalino de In₂O₃ en la interfaz del disco hexagonal de ZnO.

Análisis XPS

La medición XPS se realizó para identificar además los estados elementales y químicos de superficie de los compuestos ZnO/In₂O₃. Los espectros de barrido (Fig. 4a) revelan la presencia de regiones de energía Zn2p, In3d, O1s y C1s. El espectro de alta resolución Zn2p en la Fig. 4b mostró dos picos principales de ajuste centrados en 1044,21 y 1021,36 eV, asignados a Zn2p1/2 y Zn2p3/2, respectivamente, indicando el estado de oxidación Zn(II) en ZnO. En cuanto al espectro In 3d (Fig. 4c), hay dos picos característicos centrados en 444,16 y 451,73 eV atribuidos a In 3d5/2 e In 3d3/2, indicando la presencia de In³⁺ en los compuestos ZnO/In₂O₃. En el espectro XPS O 1s (Fig. 4d), el perfil asimétrico puede dividirse en dos picos simétricos centrados en 530,06 y 531,74 eV, respectivamente. El pico a 530,06 eV se asigna a oxígeno de red unido a In y Zn (denotado In-O y Zn-O). Además, el pico centrado en 531,74 eV se asocia con especies de oxígeno absorbido en superficie. Muchos documentos han registrado que las especies de oxígeno superficial pueden producir radicales superóxido e hidroxilo primarios, capaces de atrapar electrones y huecos fotoinducidos para mejorar actividades fotocatalíticas.

Características ópticas

La Figura 5a muestra los espectros de reflectancia difusa UV-vis (UV-vis DRS) de los compuestos ZnO/In₂O₃ obtenidos. El ZnO puro muestra una absorbancia amplia con borde de absorción a 385 nm debido a su banda prohibida intrínseca ancha, mientras que la longitud de onda de corte de nanopartículas puras de In₂O₃ se sitúa en 450 nm. Con el aumento del contenido de In₂O₃ del 2 al 15 % atómico, los bordes de absorción de las muestras se desplazan de 380 a 420 nm y el color de las muestras preparadas también pasa de blanco amarillento a amarillo brillante. Este resultado implica que las nanopartículas de In₂O₃ se incorporan exitosamente en ZnO. El recuadro es la vista ampliada de UV-vis DRS con longitud de onda de 350 a 420 nm. Según el método Kubelka-Munk, los valores de energía de banda prohibida para ZnO e In₂O₃ se estiman en 3,18 y 2,75 eV, respectivamente. Los gráficos de (F(R)hν)¹/² vs. hν de los fotocatalizadores se presentan en la Fig. 5b.

La técnica de fotoluminiscencia (PL) se usa ampliamente para investigar la migración, transferencia y eficiencia de separación de pares electrón-hueco fotoinducidos en un fotocatalizador. La mayor intensidad PL indica mayor tasa de recombinación de portadores de carga fotogenerados; menos electrones y huecos fotogenerados participan en reacciones redox fotocatalíticas resultando en menor actividad. En consecuencia, para investigar el efecto de nanopartículas de In₂O₃ en ZnO, se midieron los espectros de emisión PL de compuestos ZnO/In₂O₃ con diferentes contenidos de In₂O₃ a temperatura ambiente bajo longitud de onda de excitación de 325 nm, como se muestra en la Fig. 6. En esta investigación, Zn-In-0 exhibe una fuerte emisión UV centrada en ~380,0 nm. La emisión UV se atribuye a la emisión de borde de banda de ZnO. Tras la modificación con In₂O₃, la intensidad de emisión de muestras ZnO/In₂O₃ disminuyó significativamente. Este resultado indica que la eficiencia de recombinación de pares electrón-hueco fotoinducidos puede inhibirse efectivamente mediante la formación de estructura heterounión. Sin embargo, las muestras Zn-In-4 mostraron la menor intensidad de pico de emisión PL, lo que significa que Zn-In-4 tiene la mayor actividad fotocatalítica para todas las muestras ZnO/In₂O₃.

Actividad fotocatalítica

Las actividades fotocatalíticas de muestras ZnO/In₂O₃ se evaluaron por degradación de MO y 4-NP bajo irradiación solar simulada. Como se ilustra en la Fig. 7, la autodegradación de MO y 4-NP es despreciable sin adición de fotocatalizadores, indicando que estos dos colorantes orgánicos son fotoquímicamente estables. La Fig. 7a muestra las curvas de degradación de MO en las muestras ZnO/In₂O₃. Bajo irradiación solar, solo el 35 % de MO se descompone tras 90 min para fotocatalizadores Zn-In-0, atribuido a su mayor energía de banda prohibida. En comparación, la tasa de degradación de MO es ~64 y 82 % para Zn-In-1 y Zn-In-2 tras 90 min, respectivamente. MO puede degradarse casi completamente tras 90 min por Zn-In-3, 70 min por Zn-In-5, y solo 60 min por Zn-In-4. La evolución temporal de cambios espectrales acompañando la fotodescomposición de MO sobre Zn-In-4 preparado se muestra en Archivo adicional 1: Figura S1. La intensidad del pico de absorción característico de MO a 664 nm disminuyó gradualmente con el aumento del tiempo de irradiación y el color de la solución contenedora de MO cambió de amarillo limón inicial a casi transparente tras 60 min de reacción, indicando que MO se descompuso completamente durante el proceso fotocatalítico. Según la ecuación cinética pseudo-primer orden aparente, las constantes de velocidad relativas k_app para diferentes catalizadores se calculan y resumen en la Fig. 7b. Sus constantes de velocidad correspondientes (k) se determinan como 0,0058, 0,010, 0,0193, 0,0450, 0,0687 y 0,0584 min⁻¹ para Zn-In-0, Zn-In-1, Zn-In-2, Zn-In-3, Zn-In-4, Zn-In-5, respectivamente. Se encuentra que las constantes k aumentan primero y luego disminuyen con el aumento del contenido de In₂O₃ en los compuestos. Zn-In-4 muestra la mayor actividad fotocatalítica. 4-NP se seleccionó como otro compuesto objetivo típico para evaluar la actividad fotocatalítica de compuestos ZnO/In₂O₃, y las curvas de degradación de 4-NP por compuestos ZnO/In₂O₃ se muestran en Fig. 7c, d. Con el aumento del contenido de In₂O₃, la tasa de degradación de 4-NP primero aumenta y luego disminuye. Además, la mayor tasa de degradación se obtiene de la muestra Zn-In-4 con casi 100 % de eliminación de 4-NP tras 80 min de irradiación solar. La constante k de Zn-In-4 es ~12 veces mayor que Zn-In-0. Basado en el análisis anterior, concluimos que la actividad fotocatalítica de ZnO se mejora significativamente por nanopartículas de In₂O₃ híbridas. Con el aumento de la relación molar de In₂O₃ a ZnO, la eficiencia de degradación primero aumenta y luego disminuye, implicando que la cantidad óptima de carga de In₂O₃ es importante para mejorar la actividad fotocatalítica de compuestos ZnO/In₂O₃.

Como se sabe, la relación de masa de componentes tiene gran efecto en el rendimiento fotocatalítico en sistema de fotocatalizador heteroestructural. Con el aumento de la relación de masa de In₂O₃ en compuestos ZnO/In₂O₃, no hubo diferencia significativa en la tendencia de degradación de MO y 4-NP, y aparece la máxima eficiencia para la muestra Zn-In-4. Sin embargo, las intensidades PL de las muestras muestran una tendencia de variación opuesta. Este resultado indica que una cantidad apropiada de In₂O₃ en los compuestos fue beneficiosa para la rápida separación de portadores de carga fotogenerados y así mejoró la actividad fotocatalítica.

Es bien sabido que ZnO tiene poca estabilidad en degradación de contaminantes orgánicos. Por tanto, investigar la fotoestabilidad y repetibilidad de fotocatalizador base ZnO es muy importante para el rendimiento fotocatalítico. Los experimentos de reciclaje se realizaron por degradación de MO (Fig. 8a) y 4-NP (Fig. 8b) soluciones sobre Zn-In-4 bajo irradiación solar. La eficiencia de degradación de MO cae de 99,7 a 82,6 % y 4-NP de 99,5 a 85,4 % tras cinco ciclos. Hay una pequeña variación en la eficiencia de degeneración de Zn-In-4 para diferentes colorantes tras cinco pruebas de reciclaje bajo luz solar. Además, la estructura cristalina así como la morfología de Zn-In-4 no tienen cambio discernible antes y tras cinco pruebas de reciclaje bajo irradiación solar. Así, Zn-In-4 es estable en fotodegradación de contaminantes orgánicos.

Mecanismo fotocatalítico propuesto

Como es bien sabido, es importante investigar las especies activas en el proceso fotocatalítico para entender mejor el mecanismo. La degradación fotocatalítica de colorantes involucra principalmente varias especies radicales activas, como hueco (h⁺), anión superóxido (•O₂⁻) y radicales hidroxilo (•OH). Para evaluar los roles de estas especies activas, se empleó una serie de quelantes durante los procesos de fotodegradación. Benzoquinona (BQ), sal disódica de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA-2Na), isopropanol (IPA) se usaron como secuestradores para •O₂⁻, huecos fotogenerados y •OH en degradación de MO, respectivamente. Como se muestra en la Fig. 9, bajo irradiación solar, la actividad fotocatalítica de compuesto Zn-In-4 se suprime grandemente por la adición de BQ o EDTA-2Na, sugiriendo que tanto •O₂⁻ fotogenerado como huecos son las principales especies oxidantes y jugaron papel crucial en el proceso de degradación de MO. Sin embargo, hay pocos cambios en el rendimiento de fotodegradación cuando se añade IPA al sistema, sugiriendo que •OH tiene efecto muy pequeño en el sistema de reacción fotocatalítica. Para sondear los radicales hidroxilo fotoactivos (•OH), se recogieron los espectros PL de atrapamiento de OH (como se muestra en Fig. 9b) sobre suspensión Zn-In-4 en los que ácido tereftálico se usó como reactivo de atrapamiento para •OH. Fue claro que el pico de emisión a 426 nm apareció bajo iluminación y la intensidad del pico presentó poco cambio con el tiempo de iluminación. Consecuentemente, puede confirmarse además que la degradación fotocatalítica de MO sobre el compuesto ZnO/In₂O₃ preparado fue gobernada principalmente por •O₂⁻ y h⁺ en lugar de •OH bajo irradiación solar.

Por tanto, para entender completamente el mecanismo de reacción fotocatalítica que ocurre durante la fotodegradación de compuestos ZnO/In₂O₃ preparados, las posiciones de borde de banda de banda de valencia (VB) y banda de conducción (CB) de tanto In₂O₃ como ZnO son necesarias. Para un semiconductor, VB y CB pueden calcularse según la ecuación empírica:

E_CB = X - E_C - ½E_g

E_VB = E_CB + E_g

Donde E_VB es la banda de valencia, E_CB banda de conducción, E_C energía de electrones libres respecto a electrodo de hidrógeno normal (~4,5 eV vs. NHE) y E_g banda prohibida del semiconductor. X es la electronegatividad absoluta del semiconductor; según literaturas previas, los valores de X para In₂O₃ y ZnO fueron 5,24 y 5,94 eV, respectivamente. Basado en el resultado de Fig. 5(b), las energías de banda prohibida de In₂O₃ y ZnO se estiman como 2,75 y 3,18 eV, respectivamente. Dadas las ecuaciones anteriores, E_CB de In₂O₃ y ZnO se estiman en -0,635 y -0,15 eV, respectivamente; mientras E_VB de In₂O₃ y ZnO se estiman en 2,12 y 3,03 eV, respectivamente. La Figura 10a muestra la estructura de banda de energía de la heteroestructura ZnO/In₂O₃. El nivel de Fermi (E_f) de In₂O₃ es más negativo que el de ZnO. Así, para lograr equilibrio de nivel de Fermi en fotocatalizador tipo heterounión In₂O₃/ZnO, el nivel de Fermi de ZnO se mantiene en su posición debido al efecto de anclaje de semiconductor de banda ancha mientras el nivel de Fermi de In₂O₃ podría desplazarse hacia arriba hasta alcanzar equilibrio. Bajo irradiación solar, tanto In₂O₃ como ZnO absorben luz, los electrones son excitados y migran a las CBs y los huecos permanecen en las VB de ambos. Los electrones en la CB de In₂O₃ podrían transferirse fácilmente a la CB de ZnO. Simultáneamente, los huecos en la VB de ZnO migran a la VB de In₂O₃. Los electrones que quedan en la CB de ZnO reducen O₂ para producir •O₂⁻, un oxidante poderoso para degradación de colorantes orgánicos. Los huecos almacenados en la VB de In₂O₃ podrían oxidar directamente los contaminantes a productos inofensivos, como se muestra en Fig. 10b. Basado en el análisis anterior, concluimos que h⁺ y •O₂⁻ foto-generados son las especies activas primarias que determinan el rendimiento fotocatalítico, mientras que la actividad mejorada se atribuye a la eficiente separación y transferencia de portadores fotogenerados en las interfaces de heterounión impulsadas por las estructuras de banda bien acopladas de ZnO e In₂O₃.

Conclusiones

En resumen, nanopartículas de In₂O₃ híbridas con ZnO THD con diferentes proporciones se fabricaron mediante proceso hidrotérmico. Significativamente, comparado con ZnO puro, el ZnO/In₂O₃ fabricado exhibe actividades fotocatalíticas mucho mejores para degradación de MO y 4-NP bajo irradiación solar simulada, lo que puede atribuirse al efecto sinérgico entre ZnO e In₂O₃, incluyendo la máxima interfaz de heteroestructura con contacto íntimo y excelente respuesta a luz solar en el compuesto, que ambos pueden mejorar la eficiencia de separación de cargas fotogeneradas. Este trabajo podría dar ideas sobre la importancia del diseño racional de sistemas heteroestructurales y proporcionar un método potencial para la construcción de fotocatalizadores heteroestructurales eficientes con tamaños y distribuciones espaciales controlables.