Features of technological synthesis and properties of ZnO-Cd based materials for photocatalytic applications. Review

In this review, the current state of ZnO-Cd based materials for photocatalytic applications is summarized. Relevant technological synthesis methods such as pulsed laser deposition, magnetron sputtering, electrodeposition, sol-gel, metalorganic chemical vapor deposition, evaporating, spray pyrolysis, reflux are considered, and recent developments in effective and reproducible synthesis technology of nano- and microstructured zinc oxide, doped with cadmium and solid solutions of Zn1‑xCdxO for photodecomposition of organic pollutant molecules are discussed. The synthesis technology and level of Cd doping has a significant effect on the structure and morphology of zinc oxide and, as a result, on the optical and photocatalytic properties. The figures of merit, the theoretical limitations and rational control of the concentration of the cadmium alloying impurity is necessary to create a material with balanced optical properties and photocatalytic activity. Lastly, the importance of doping ZnO by isovalent Cd impurity significantly improves its photocatalytic properties due to a narrowing of the band gap, a decrease in the rate of recombination of electron-hole pairs, which increases the efficiency of spatial charge separation, the formation of active oxide radicals and an increase in the specific surface area. Thus, ZnO-Cd based materials are the most promising photocatalytic materials for organic pollutants

Отримання плівок системи ZnO-Cd та дослідження їх структури, оптичних властивостей та фотокаталітичної активності

Метою роботи є розробка ефективної та відтворюваної технології синтезу мікро-структурованого оксиду цинку (ZnO), легованого кадмієм (Cd) для керованої фотодекомпозиції органічних молекул забруднювачів. Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні завдання: 1. Синтез мікроструктурованих плівок ZnO та ZnCdO за допомогою високочастотного магнетронного розпилення з різними параметрами. 2. Дослідження особливостей будови структур ZnO та ZnCdO, осаджених при різних параметрах. Предметом дослідження є встановлення закономірностей формування тонких плівок оксиду цинку в залежності від вмісту кадмію в суміші вихідних пресованих порошків - мішеней для пошуку оптимальних умов синтезу ефективних оптичних і фотокаталітичних матеріалів. В першому розділі проаналізовано основні методи синтезу наноструктур та плівок ZnO:Cd, фізичні та оптичні властивості наноструктур оксиду цинку з легуванням кадмієм, розглянуто фотокаталітичну активність легованих кадмієм тонких плівок ZnO. В другому розділі описано технологію синтезу та методи дослідження зразків тонких плівок ZnO:Cd. В третьому розділі представлені результати досліджень впливу концентрації легуючої домішки кадмію на властивості плівок оксиду цинку, вирощених методом магнетронного розпилення на підкладках скла та кремнію за низького вакууму. В четвертому розділі описується розробка стартапу проекту та оцінюється його рентабельність.The aim of the work is to develop an effective and reproducible technology for the synthesis of micro-structured zinc oxide (ZnO) doped with cadmium (Cd) for the controlled photodecomposition of organic pollutant molecules. To achieve this goal, the following tasks must be solved: 1. Synthesis of microstructured ZnO and ZnCdO films using radio frequency magnetron sputtering with different parameters. 2. Study of structural features of ZnO and ZnCdO structures deposited under different parameters. The subject of the study is to establish the pattern of formation of thin films of zinc oxide depending on the content of cadmium in the mixture of precursors in order to find optimal conditions for the synthesis of effective optical and photocatalytic materials. The first chapter analyzes the main methods of synthesis of ZnO:Cd nanostructures, physical and optical properties of cadmium-doped zinc oxide thin films, and considers the photocatalytic activity of cadmium-doped ZnO thin films. In the second chapter, the synthesis technology and methods of research of ZnO:Cd thin film samples are described. The third chapter presents the results of studies of the influence of the concentration of cadmium alloying impurity on the properties of zinc oxide films grown by magnetron sputtering on glass substrates under low vacuum. The fourth chapter describes the development of the startup project and evaluates its profitability

Comparative study of the ZnO and Zn1-xCdxO nanorod emitters hydrothermally synthesized and electrodeposited on p-GaN

Hydrothermal synthesis and electrodeposition are low-temperature and cost-effective growth techniques of high quality nanostructured active materials for opto-electronic devices. Here we report a hydrothermal seed layer-free and rapid synthesis (15 min) of epitaxial nanorod arrays of ZnO on p-GaN(0 0 0 1). The effects of hydrothermal (HT) versus electrochemical deposition (ECD) synthesis on the optical properties of ZnO nanorods/nanowires on p-GaN substrate are compared in details. For both types of layers, a strong photoluminescent UV-emission was found indicating the high quality of the synthesized ZnO layer. The hetero-structures were used for LED applications. With HT-ZnO and ECD-ZnO, UV-emission started at remarkably low forward voltage of 3.9-4.0 V and 4.4 V respectively and increased rapidly. Moreover, the LED structures showed a stable and repeatable electroluminescence. We propose for further studies a simple, efficient, seed layer-free and low temperature hydrothermal growth technique to fabricate high quality ZnO nanorods/p-GaN heterojunction LED nanodevices. It is also demonstrated that a single short wavelength emission can be shifted to the violet range with Cd-alloying of ZnO used for LED structure. (C) 2012 Elsevier B. V. All rights reserved