Solution parameter effect on polysulfone fibers via electrospinning: fabrication, characterization and water flux property

This research investigates the solution parameters, i.e., polymer concentration and addition of manganese (IV) oxide (MnO2) nanoparticles, for the fabrication of polysulfone (PSF) fibers via electrospinning. Initially, PSF was dissolved in N,N-dimethylformamide (DMF) solvent and electrospun fibers with different morphologies were obtained using the range of PSF concentration of 10% (w/v) to 25% (w/v). Subsequently, PSF with the concentration of 20% (w/v) (denoted as PSF(20%)) was chosen to blend with 0.2% (w/v) of MnO2 as it gave the most stable electrospinnability and uniform fiber diameter. The fabricated electrospun PSF(20%) and PSF(20%)-MnO2 fibrous membranes were characterized to determine the morphology, wettability property, zeta potential, and tensile strength. The presence of MnO2 improved tensile strength as it reduced the fiber diameter that eventually made a more compact fiber mat membrane. The results of contact angle confirmed that the fabricated fiber exhibited more hydrophobic property in the presence of MnO2 nanoparticles. Thus, it reduced the pure water flux of PSF fiber membrane. The more hydrophobic nature of the proposed nanofiber might be useful in enhancing the application of PSF fiber in oil-water separation process

Heterogeneous Photocatalysis

This reprint is a compilation of the articles submitted in the Special Issue entitled, “Heterogeneous Photocatalysis: A Solution for a Greener Earth”, from the journal Catalysts, which presents an overview of the latest advances in the development of innovative photocatalytic processes

Preparación y Caracterización de Capas Plasmónicas: Nanopartículas de oro en matrices de óxido de Zinc y Níquel

Las nanocomposites han atraído gran atención por parte de los investigadores en los años anteriores debido a que estos materiales pueden ser materiales multifuncionales que combinan las propiedades de las nanopartículas de metales nobles con las características de los polímeros u óxidos metálicos. Como resultado las capas delgadas a base de nanocomposite podrían ser potencialmente usadas para sensado o celdas solares. El control del tamaño y la forma de las nanopartículas, así como su concentración y distribución dentro de la matriz es importante para obtener materiales multifuncionales y otras potenciales aplicaciones. En este trabajo se reporta un novedoso método de síntesis, conocido como sol-gel, para la fabricación de capas de nanopartículas de oro embebidas dentro de capas de ZnO. El procedimiento consiste en depositar vía centrifugación una solución acuosa de acetato de zinc Zn(CH3COO) y HAuCl4, seguida de un tratamiento térmico a 300◦C - 500◦C por dos horas. Antes del tratamiento térmico final se realizan tratamientos térmicos intermedios con el fin de evaporar el solvente. El procedimiento anterior se repite hasta obtener el espesor deseado. El espesor de la capa puede ser controlada mediante la concentración de nanopartículas y material precursor durante el proceso de secado. Las capas de Au - ZnO exhiben una banda de absorción alrededor de 362 nm, atribuída a la absorción excitónica, la cual corresponde a una energía de banda prohibida de 3.4 eV. De otra manera, las nanopartícualas exhiben dos bandas de absorción, alrededor de 550 nm y 553 nm, asociada a la resonacia de plasmón superficial localizada. La conductividad de las capas de ZnO se encuentra alrededor de 0.03 S/cm, mientras que para las capas de Au − ZnO se reduce en un factor de 2, lo cual puede ser debido a la reducción de los portadores de carga en los granos de ZnO cuando se incrementa barrera de potencial en la frontera de grano. Otro material que ha sido objeto de estudio es el óxido de niquel (NiO), material que ha sido ampliamente objeto de estudio debido a sus propiedades electrocrómicas. A partir de este material también se ha preparado un nanocomposite que incluye además del óxido metálico, nanopartículas de oro. El nanocomposite Au − NiO se ha obtenido tomando como precursores el acetato de niquel, (Ni(CH3COO)2 y el ácido cloroaúrico HAuCl4. Las capas delgadas obtenidas son tratadas térmicamente entre 300◦C-700 ◦C por dos horas en atmósfera de aire, lo cual permite obtener capas de 102 nm, con tamaño de partícula entre 20 - 90 nm dependiendo de la temperatura de tratamiento térmico. Las anteriores capas son caracterizadas mediantes técnicas estructurales:Microscopía Eléctrónica de Barrido (SEM),Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM), Espectroscopía de Rayos X (XDR); Térmicas: Análisis Termogravimétrico, Análisis Térmico Diferencial; Ópticas: Microscopía de Absorción en el UV − Vis; Eléctricas. Por último se ha encontrado que tanto las capas de Au − ZnO y Au − NiO presentan propiedades fotocatalíticas. Se analizó la actividad fotocatalítica de las capas de Au−ZnO y Au−NiO utilizando un simulador solar y Naranja de Metilo (C14H14N3NaO3S ); un colorante ampliamente utilizado para evaluar la actividad fotocatalítica de capas fotosensibles. El procedimiento consistió en sumergir las capas de ZnO ó Au−ZnO, depositadas sobre sustratos de vidrio en 5ml de Naranja de Metilo e irradiar con luz visible proveniente del simulador solar. Posteriormente se midió el espectro de transmitancia, el cual permitió representar el espectro de absorción de la capa en función del tiempo de irradiación. Las nanopartículas incorporadas en las capas fueron determinantes en el comportamiento fotocatalítico de las capas. El efecto de depositar nanopartículas metálicas, principalmente de oro en la superficie de un semiconductor, es que ellas funcionan como co-catalizadores, que promueven la separación del par electrón-hueco. En las partículas modificadas, los electrones fotogenerados son transferidos sobre las nanoislas metálicas mientras que los huecos permanecen en el semiconductor; esto resulta en la aceleración de los procesos cinéticos, debido a un decrecimiento en la velocidad de recombinación del par electrón-hueco.Nanocomposites have attracted great attention from researchers in previous years because these materials can be multifunctional materials that combine the properties of noble metal nanoparticles with the characteristics of polymers or metal oxides. As a result, nanocomposite-based thin films could potentially be used for sensing or solar cells. The control of the size and shape of the nanoparticles, as well as their concentration and distribution within the matrix, is important to obtain multifunctional materials and other potential applications. In this work, a novel synthesis method, known as sol-gel, is reported for the fabrication of layers of gold nanoparticles embedded within ZnO layers. The procedure consists of depositing via centrifugation an aqueous solution of zinc acetate Zn(CH3COO) and HAuCl4, followed by a heat treatment at 300◦C - 500◦C for two hours. Before the final heat treatment, intermediate heat treatments are carried out in order to evaporate the solvent. The above procedure is repeated until the desired thickness is obtained. Layer thickness can be controlled by concentrating nanoparticles and precursor material during the drying process. Layer thickness can be controlled by concentrating nanoparticles and precursor material during the drying process. The Au - ZnO layers exhibit an absorption band around 362 nm, attributed to exciton absorption, which corresponds to a bandgap energy of 3.4 eV. Otherwise, the nanoparticles exhibit two absorption bands, around 550 nm and 553 nm, associated with localized surface plasmon resonance. The conductivity of the ZnO layers is around 0.03 S/cm, while for the Au − ZnO layers it is reduced by a factor of 2, which may be due to the reduction of charge carriers in the grains of ZnO. ZnO when the potential barrier increases at the grain boundary. Another material that has been the object of study is nickel oxide (NiO), a material that has been extensively studied due to its electrochromic properties. A nanocomposite has also been prepared from this material that includes, in addition to the metal oxide, gold nanoparticles. The Au − NiO nanocomposite has been obtained by taking nickel acetate (Ni(CH3COO)2 and HAuCl4 chloroauric acid as precursors. The thin layers obtained are thermally treated between 300◦C-700 ◦C for two hours in an air atmosphere , which allows to obtain layers of 102 nm, with particle size between 20 - 90 nm depending on the heat treatment temperature.The previous layers are characterized by structural techniques: Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM ), X-Ray Spectroscopy (XDR), Thermal: Thermogravimetric Analysis, Differential Thermal Analysis, Optical: Absorption Microscopy in UV − Vis, Electrical. Finally, it has been found that both the Au − ZnO and Au − NiO layers have photocatalytic properties. The photocatalytic activity of the Au−ZnO and Au−NiO layers was analyzed using a solar simulator and Methyl Orange (C14H14N3NaO3S ); a dye widely used to assess the photocatalytic activity of photosensitive layers. The procedure consisted of immersing the ZnO or Au−ZnO layers, deposited on glass substrates, in 5ml of Methyl Orange and irradiating with visible light from the solar simulator. Subsequently, the transmittance spectrum was measured, which allowed representing the absorption spectrum of the layer as a function of the irradiation time. The nanoparticles incorporated in the layers were decisive in the photocatalytic behavior of the layers. The effect of depositing metallic nanoparticles, mainly gold, on the surface of a semiconductor is that they function as co-catalysts, which promote the separation of the electron-hole pair. In the modified particles, the photogenerated electrons are transferred onto the metallic nanoislands while the holes remain in the semiconductor; this results in the acceleration of the kinetic processes, due to a decrease in the rate of recombination of the electron-hole pair