Zahtjevan zadatak podešavanja funkcionalnih svojstava materijala vođen je idejom pronalaženja ispravne kombinacije njegovih mehaničkih, fizikalnih i kemijskih svojstava kako bi se optimizirale željene funkcionalnosti i radni uvjeti konačnog proizvoda. Uloženi su mnogi napori da se pripreme nanočestice cinkovog oksida (ZnO), pružajući izvrsnu kontrolu nad veličinom, oblikom i disperzibilnošću kristalita, ali ipak, odnos između mikrostrukturnih parametara (veličina kristalita i napetost) u neambijentalnim uvijetima treba biti temeljitije istražiti i razjasniti.

Cinkov oksid je višenamjenski materijal s korisnim optičkim, električnim i mikrostrukturnim svojstvima. Morfološki, ZnO je vrlo bogat spoj koji posjeduje toplinsku i kemijsku stabilnost, što omogućuje široko područje primjene. Naime, veličina čestica i morfologija kristala igraju važnu ulogu u ovim primjenama, što je posljednjih godina motoviralo istraživače da se usredotoče na sintezu nanokristalnog ZnO. Početni spoj cinka, postupak sinteze, kemijski sastav otapala, priroda sredstva za taloženje, pH, temperatura i vrijeme starenja, igraju važnu ulogu u razumijevanju mehanizma stvaranja nanočestica ZnO, sa središnjim naglaskom na veličinu i geometrijski oblik čestica ZnO. Konkretno, u nekoliko novijih radova Šarić i sur.prikazali su utjecaj načina sinteze na stvaranje čestica ZnO, njihovu veličinu i geometrijski oblik. Točnije, Šarić i sur. predložili su mehanizme nukleacije i rasta nanočestica ZnO na temelju rezultata dobivenih kvantno kemijskim proračunima. Utvrđeno je da kinetika nukleacije i rasta nanočestica ZnO u prisutnosti modifikatora rasta čestica (tj. trietanolamina, TEA) i alkoholnog otapala različite veličine i polariteta snažno ovisi o svojstvima alkohola. Rezultati su ukazali su na drugačiji mehanizam stvaranja intermedijera ZnO-TEA, koji su inicirali procese nukleacije nanočestica ZnO u prisutnosti alkohola različite veličine i polariteta te pri različitom molarnom omjeru [TEA]/[Zn(acac)2·H2O ]. Također, toplinska razgradnja [Zn(acac)2·H2O] u čvrstom stanju već je korištena u proizvodnji nanočestica ZnO. Unatoč jednostavnosti ove metode, mehanizam toplinske razgradnje cink acetilacetonata dobivenog postupkom sublimacije praha [Zn(acac)2·H2O] je složen. Ova se metoda može razviti za pripremu različitih morfologija ZnO, koje također imaju značajan utjecaj na optička svojstva ZnO. Nadalje, unatoč primijenjenom tretmanu žarenja, ne može se u potpunosti isključiti prisutnost zaostalih organskih skupina iz cink acetata na površini uzoraka ZnO - očekuje se da će uloga površinskih, a posebno površinskih pasivizirajućih skupina, značajno utjecati na nanokristalnost i kinetičku stabilizaciju metastabilne rs-ZnO faze.

Difrakcija X-zraka praha (PXRD) jedan je od najjednostavnijih alata za karakterizaciju materijala. To je često metoda izbora jer omogućuje proučavanje materijala pod pritiskom, temperaturom ili atmosferskim uvjetima izvan okoline. Difrakcija X-zraka praha pomoću dijamantne ćelija omogućuje ekstrakciju informacija o stabilnosti p-T faze, elastičnosti mase, kao i plastičnoj deformaciji (npr. mehanizmi deformacije) i čvrstoći materijala. Mogućnost izvođenja PXRD eksperimenata izvan okoline omogućuje dublji uvid u korelaciju između strukturnih značajki (npr. mehanizma faznog prijelaza) i mehaničkih svojstava materijala, budući da su oba uvelike povezana s transformacijskim odnosima naprezanja i deformacija. Nedavno su Yang i sur. koristeći in situ mjerenja sinkrotronske difrakcije X-zraka pod kvazi-hidrostatskim uvjetima, izvijestili su o neobičnom ponašanju kompresije u ZnO tijekom faznog prijelaza w-u-rs, što ukazuje na unutarnje elastično naprezanje na odabranim ravninama rešetke. Naime, u kombinaciji s utvrđenim modelom faznog prijelaza ZnO, vjeruje se da je promatrana elastična deformacija uzrokovana neusklađenošću rešetke između w-ZnO faze i rs-ZnO faze tijekom faznog prijelaza. Konkretno, unutarnje elastično naprezanje trebalo je dovesti do omekšavanja čvrstoće svake faze ZnO tijekom faznog prijelaza promatranog u nehidrostatskim uvjetima. Gore navedeni rezultati pružili su jake dokaze za postojanje elastičnog naprezanja rešetke pod pritiskom induciranog faznim prijelazom i ukazali da bi takvo naprezanje moglo imati značajan učinak na fizička svojstva materijala.

Uloženi su mnogi napori da se pripreme nanočestice ZnO, koje pružaju izvrsnu kontrolu nad veličinom, oblikom i disperzibilnošću kristalita, ali ipak, odnos između mikrostrukturnih parametara (veličina kristala i deformacije) u uvjetima visokog tlaka i njihove fotokatalitičke aktivnosti treba biti više temeljito istražena i sustavno razjašnjena.

Integriranjem sintetičke kemije i fizike materijala ciljat ćemo na sljedeće istraživačke ciljeve:

(i) dizajnirati nanočestice ZnO pomoću prilagođenih sintetskih postupaka: (a) upotrebom cink acetilacetonata monohidrata [Zn(acac)2·H2O] u prisutnosti trietanolamina (TEA) i raznih alkoholnih otapala, etanola ili oktanola, na 170 °C, ( b) toplinskom razgradnjom [Zn(acac)2·H2O] (izravno zagrijavanje na ≥200°C).

(ii) poboljšati predvidljivost agregacijskog ponašanja ZnO nanočestica različite veličine i morfologije u ZnO mikrosfere s dobro definiranom morfologijom i fizikalno-kemijskim svojstvima (optičkim, strukturnim) za adsorpciju i

uklanjanje raznih zagađivača okoliša.

(iii) isporučiti nanočestice ZnO koje imaju optimalnu fotokatalitičku učinkovitost procijenjenu fotorazgradnjom otopina rodamina B, metiloranža i metilen plavog kao model organskih zagađivača.

(iv) razviti nanočestice ZnO kao funkcionalne materijale s poboljšanim funkcionalnostima kroz sinergiju otkrivenih strukturnih i mikrostrukturnih značajki u uvjetima izvan okoline (tj. visoki tlak i visoka temperatura).