síntesis caracterización y estudio fotocatalítico de nanomateriales de óxido de zinc dopados con cesio sintetizados vía microondas

Caracas

Congreso; CONGRESO VENEZOLANO DE MICROSCOPÍA; 2020

Universidad Central de Venezuela

Síntesis, caracterización y estudio fotocatalítico de nanomateriales de Óxido de Zinc dopados con Cesio sintetizados vía microondas.Andrea Baptista(1,2),Yesica Torres(1),Tamara Zoltan(1).(1)Laboratorio de Fotoquímica, Centro de Química, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC), Caracas, Venezuela. (2) Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela.Andreacarolinabaptista@gmail.comLa tecnología ha centrado su interés en investigaciones basadas en mejorar las propiedades de materiales ya existentes, considerando que las características y propiedades de éstos son el resultado del arreglo atómico, así como del tamaño de sus partículas. Por lo cual al realizar de forma intencional arreglos a escala nanométrica se modifican de forma general sus propiedades y características permitiendo aprovechar aún más sus aplicaciones. Dentro del extenso mundo de los nanomateriales se encuentran los semiconductores, aquellos que con dimensiones de aproximadamente 1nm a 10 nm, exhiben propiedades semiconductoras conformadas por una zona de valencia (BV), una zona de conducción (BC) y entre estas zonas se encuentra una región vacía llamada Band gap donde no existen movimientos de electrones por no existir niveles energéticos que permitan este movimiento electrónico. El valor de este band gap condiciona la absorción de energía en el espectro UV-Visible y entre los nanomateriales de este tipo se encuentran los óxidos de metales, en particular el óxido de zinc, que presenta una banda ancha prohibida con un valor de 3,3 eV siendo un semiconductor de tipo n y permitiéndole a este nanomaterial la absorción de energía luminosa dentro del rango UV-Visible [1]. Partiendo de este hecho es posible emplear el óxido de zinc en diferentes procesos fotocatalíticos a fin de llevar acabo procesos de degradación de contaminantes ambientales en diferentes matrices. La posibilidad del óxido de zinc para modificarlo a través del dopaje y así mejorar sus propiedades ha atraído el interés de investigadores. El dopaje de este nanomaterial con metales ha presentado mejoras significativas en el band gap trayendo como consecuencia mejorar la absorción en el UV-Visible y con ello su actividad fotocatalítica [2]. Tomando en consideración esto, el presente trabajo se realizó con el objetivo de sintetizar el nanomaterial de óxido de zinc dopado con cesio vía microondas, y caracterizarlo con la finalidad de mejorar las propiedades conductoras y eléctricas del nanomaterial, con el fin de estudiar la actividad fotocatalítica en la degradación de contaminantes ambientales encontrados en aguas residuales de las industrias textiles.Para realizar el dopaje del óxido de Zinc con Cesio se prepararon soluciones 1:1 de ZnCl2:Cscl en agua destilada. Se añadió NaOH gota a gota en agitación constante hasta obtener un pH =11, seguidamente la solución se llevó al microondas durante 30 min a 300W de potencia con agitación constante. Finalmente se lavó y se dejó secar para posteriormente calcinar a 450 C.Los nanomateriales ZnO-Cs se caracterizaron mediante microscopia electrónica de barrio, refractancia difusa, difracción de rayos X, área superficial, pH superficial, generación de oxígeno singlete y generación de radicales libres. De igual forma para control se sintetizaron nanomateriales de ZnO sin dopaje con ZnCl2 e NaOH y se realizaron sus respectivas caracterizaciones.Las dos primeras figuras del grupo a, muestran los EDS de cada nanomaterial sintetizado, donde se puede observar en la figura 1a la presencia de ZnO con su respectiva micrografía en la figura 1b. De igual forma la figura 2a muestra el EDS para el ZnO dopado evidenciando su dopaje con la presencia de cesio en el gráfico. Es importante resaltar con respecto a la figura 2b la cual representa la micrografía del material dopado, que las nanoestructuras se forman de manera más uniforme y con menor tamaño, lo cual indica un mayor área superficial y por tanto su actividad fotocatalítica deberá presentar cambios considerables, ya que sus sitios activos aumentan.Por otro lado, las figura 3a y 3b indican resultados de refractancia difusa con el valor de su energy band gap. Se ha de notar una disminución de esta banda de ancha prohibida al realizar el dopaje. Esto se atribuye a la inserción del Cesio dentro de la red cristalina del ZnO realizando la conversión de un semiconductor tipo n a tipo p. Además de esto, el cesio de radio iónico alto (174 pm) le confiere una mayor estabilidad y favorece la morfología.REFERENCIAS.[1] Vettumperumal, R.; Kalyanaraman, S.; Thangavel, R. (2013). Enhancement of optical conductivity in the ultra-violet region of Cs doped ZnO sol gel thin films. Journal of Sol-GelScience and Technology, 66(2),pp 206-211.[2]Ragupathi V (2014)., ? Toward p-Type conduction in Cs-doped ZnO: an eco-friendly synthesis method?Springer Science+Business Media New York.49(21),pp 7418?7424AGRADECIMIENTOS.Los autores agradecen los servicios prestados por la Unidad de Microscopía Electrónica del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC) y al personal científico involucrado en el servicio. a MaterialEg (eV)ZnO calcinado3Cs-ZnO calcinado2,9 Figura 1. a) EDS ZnO calcinado b) EDS Cs-ZnO calcinado c)EDS Cs-ZnO sin calcinar d) Tabla valores para band gap de los materiales sintetizados. Figura 2. a)MEB imagen ZnO calcinado b)MEB imagen Cs-ZnO calcinado c) MEB imagen Cs-ZnO sin calcinar d) Gráfica band gap de los nanomateriales.