Electrochemical Synthesis of Zinc Oxide in the Presence of Surfactant TERGITOL 15-S-5

Abstract

У цій роботі представлено електрохімічний синтез цинк оксиду в присутності поверхнево-активної речовини TERGITOL 15-S-5. Для електроліту використовувався розчин натрій хлориду; анодом слугував цинковий брусок, а катодом – сталевий лист; TERGITOL 15-S-5 використовувався як поверхневоактивна речовина. Електролізер складається з джерела живлення B5-46, яке забезпечує постійний струм під час електролізу; вольтметра та амперметра для моніторингу сили струму та напруги; електродів, підключених до джерела живлення та занурених у 1 М розчин натрій хлориду (58,45 г/л) або розчин з такою ж концентрацією натрій хлориду та розчиненої поверхнево-активної речовини – TERGITOL 15-S-5 (від 1 до 4 г/л). Розчин електроліту, що містився в посудині, перемішувався магнітною мішалкою та термостатувався. У електрохімічному методі вміст поверхнево-активної речовини варіювався (від 1 до 4 г/л). Було проведено всього 6 експериментів. Шість осадів були ізольовані та вивчені. Використовуючи рентгено-фазовий аналіз, встановлено, що осади є чистим цинк оксидом з модифікацією вюрциту (просторова група P63mc), і додаткові фази не спостерігаються. Аналіз SEM також підтвердив, що матеріал містить лише наночастинки цинк оксиду. Кристалічна структура отриманого цинк оксиду свідчить про те, що його можна модифікувати шляхом додавання атомів з меншим атомним радіусом порівняно з атомами цинку, оскільки всі октаедричні пустоти вільні, тоді як тільки 2 з 8 тетраедричних пустот заповнені атомами цинку. Структура є нецентросиметричною, що свідчить про те, що такі матеріали можуть володіти нелінійними оптичними властивостями. Частинки цинк оксиду мають пластинчасту форму з шириною 30-600 нм і довжиною 50-2500 нм. Усі отримані осади складаються з нанорозмірних частинок товщиною в діапазоні 20-40 нм. Додавання поверхнево-активної речовини TERGITOL 15-S-5 сприяє незначному збільшенню розмірів частинок.

In this work, we present the electrochemical synthesis of zinc oxide in the presence of surfactant TERGITOL 15-S-5. A sodium chloride solution was used as the electrolyte; a zinc block as the anode, and a steel plate as the cathode; TERGITOL 15-S-5 as the surfactant. The electrolyzer consists of a power supply B5-46, which ensures constant current during electrolysis; a voltmeter and ammeter to monitor the current strength and voltage; electrodes connected to the power supply and immersed in a 1 M sodium chloride solution (58.45 g/L) or a solution with the same concentration of sodium chloride and dissolved surfactant – TERGITOL 15-S-5 (from 1 to 4 g/L). The beaker containing the electrolyte solution was stirred with a magnetic stirrer and thermostated. In the electrochemical method, the surfactant content was varied (from 1 to 4 g/L). A total of 6 experiments were conducted. Six deposits were isolated and studied. Using the X-ray phase analysis, we established that the deposits are pure zinc oxide in the wurtzite modification (space group P63mc) and additional phases are not observed. SEM analysis also confirmed that the material contains only nanoparticles of zinc oxide. The crystalline structure of the obtained zinc oxide indicates that it can be modified by adding atoms with a smaller atomic radius compared to zinc atoms, as all octahedral voids are free, while only 2 out of 8 tetrahedral voids are filled with zinc atoms. The structure is non-centrosymmetric, suggesting that such materials may possess nonlinear optical properties. The zinc oxide particles have a plate-like shape with a width of 30-600 nm and a length of 50-2500 nm. All obtained deposits consist of nanosized particles with a thickness in the range of 20-40 nm. The addition of the surfactant TERGITOL 15-S-5 contributes to a slight increase in particle sizes.