Effect of Post-Synthesis Treatments on the Properties of ZnS Nanoparticles: An Experimental and Computational Study

Abstract

This work deals with the characterization of ZnS NanoParticles (NP), prepared by precipitation employing thioacetamide as sulfur source at different reaction time length. The attention is focused on the modification induced on structural, surface and electronic properties of ZnS NP by post-synthesis treatments. These were aimed at removing from the samples surface adsorbed reactants, by washing or thermal treatments, both in air or vacuum. The effect of these parameters is followed by X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), Fourier Transform InfraRed (FTIR), gas-volumetric and ThermoGravimetric Analysis (TGA). Moreover, the effect of nanostructuration on the semiconducting material band gap is evaluated by Diffuse Reflectance UV-Vis (DR UV-Vis) spectroscopy. Density Functional Theory (DFT) calculations have been employed to clarify the role of the adsorbed reactants on the surface stability and to assess the relationship between particle size and band gap value.

Ce travail concerne la caractérisation de nanoparticules de ZnS préparées par précipitation en présence de ThioAcétAmide (TAA) comme source de soufre. On a étudié, en particulier, les modifications des propriétés structurelles, superficielles et électroniques en fonction des paramètres de synthèse (temps, solvant et source de soufre) et des traitements après-synthèse considérés. Ces derniers avaient pour but d’éliminer les réactifs adsorbés sur la surface par lavages ou traitements thermiques à l’air ou sous vide. L’effet des différents traitements a été suivi par diffraction des rayons X (XRD), microscopie de transmission électronique (TEM), spectroscopie infra rouge à transformée de Fourier (FTIR), analyse volumétrique des gaz et thermogravimétrie (TGA). En outre, l’effet de la nanostructure sur les propriétés de la largeur de bande du matériau semi-conducteur a été évalué par spectroscopie de reflectance UV-Vis (DR UV-Vis). Des théories de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont été utilisées pour clarifier le rôle des réactifs adsorbés sur la stabilité de la surface et pour établir une relation entre la dimension des particules et la largeur de bande.