Deze tijdige beoordeling richt zich op de synthese van zinkstannaat (zinktinoxide:ZTO) nanostructuren door de hydrothermische methode, evenals de fysische eigenschappen en toepassingen van verschillende nanostructuren van zinkstannaat in zonnecellen, gas sensoren, en fotokatalysatoren.

De recensie is in maart 2011 gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen Vol. 12 (2011) blz. 013004. Het wordt gepresenteerd door Sunandan Baruah en Joydeep Dutta van het Asian Institute of Technology, Klong Luang, Thailand.

Binaire halfgeleidende oxide nanostructuren, zoals zinkoxide en titaniumoxide, worden veel gebruikt in sensoren en katalysatoren. Echter, ternaire halfgeleidende oxide nanostructuren, die een hogere elektrische geleidbaarheid vertonen en stabieler zijn dan het binaire type, vanwege hun specifieke fysieke eigenschappen steeds meer vraag naar specifieke toepassingen. In tegenstelling tot conventionele 'top-down'-processen waarbij grote macroscopische materialen fysiek worden afgebroken tot nanodeeltjes, de chemisch gebaseerde 'zelforganisatie'-benadering biedt een goedkope en flexibele manier om de omvang nauwkeurig te beheersen, kristalstructuur en opto-elektronische eigenschappen van halfgeleidende oxide nanostructuren, wat cruciaal is voor het gebruik van ZTO in specifieke toepassingen.

ZTO-nanostructuren kunnen worden geproduceerd met behulp van verschillende methoden, waaronder thermische verdamping, calcineren bij hoge temperatuur, mechanisch slijpen, sol-gel synthese, hydrothermische reactie, en ionenuitwisselingsreactie. Verschillende methoden produceren verschillende verhoudingen van ZTO-oxiden en onzuiverheden, uitgedrukt in alternatieve kristalstructuren. De auteurs beschrijven de relevante kenmerken van de hydrothermische groeimethode voor het synthetiseren van ZTO, inclusief hoge zuiverheid van het stabiele zinkorthostannaat Zn ₂ SnO ₄ en de bijbehorende ‘cubic spinel’ kristalstructuur. Bovendien, hydrothermische groei is een aantrekkelijke en relatief eenvoudige methode omdat kristalgroei plaatsvindt bij milde temperaturen in water.

Typische hydrothermische groei van ZTO-nanostructuren bestaat uit het gebruik van een waterig mengsel van een zinkzout, zoals zinknitraat of zinkchloride, en stannichloride. Dit mengsel wordt vervolgens gereduceerd bij 200-250 C in natriumhydroxide of ammoniumhydroxide in een hogedrukomgeving. Verschillende methoden voor hydrothermische groei van ZTO-nanostructuren worden gedetailleerd door de auteurs, met variërende eindproducten in termen van kristalstructuur en 'fasesamenstelling' - hoeveelheden van de geproduceerde specifieke oxiden.

De fysieke eigenschappen van ZTO zijn afhankelijk van de methode die wordt gebruikt voor hun synthese. ZTO is een ‘wide-gap’ halfgeleider met een bandgap van ongeveer 3,6 eV, maar de precieze bandgap-energie hangt af van de synthesevoorwaarden, wat zou kunnen resulteren in kwantumbeperkingseffecten als gevolg van de kleine omvang van de nanostructuren. Het beheersen van de foto-elektrochemische eigenschappen van ZTO is van praktisch belang, en het relateren van de optische en elektronische eigenschappen van ZTO aan de samenstelling en kristalstructuur kan de weg vrijmaken voor toepassingen van andere complexe oxiden.

De auteurs beschrijven industriële toepassingen die voortkomen uit de foto-elektrochemische eigenschappen van ZTO. Ten eerste, als fotokatalysator kan ZTO worden gebruikt voor het afbreken van schadelijke bestrijdingsmiddelen uit grondwater; ten tweede zijn de poreuze nanostructuren ideaal voor gasdetectie omdat ze een hoge oppervlakte-tot-volumeverhouding bieden; en ten derde heeft ZTO potentieel op het gebied van kleurstofgevoelige zonnecellen, een economisch aannemelijk alternatief voor conventionele zonnecellen. Aangezien er slechts enkele morfologieën zijn gerapporteerd, de auteurs vermoeden dat ZTO-nanostructuren binnen het volgende decennium gebruik zullen vinden in verdere industriële toepassingen.