Estudio de las propiedades estructurales, ópticas y electrónicas de NP’s de RhW-ZnO para su aplicación en fotocatálisis

Abstract

Los semiconductores de óxidos metálicos forman parte de los materiales más comunes empleados en los procesos de fotocatálisis para la degradación de compuestos orgánicos, en donde el óxido de zinc (ZnO) es uno de los materiales más prometedores, debido a que la actividad fotocatalítica de este material depende principalmente de su morfología, el tamaño de partícula y la energía de la brecha prohibida, en este trabajo se estudiaron diversos parámetros de síntesis que modifican dichas propiedades, tales como el uso de surfactantes, la concentración molar del precursor de zinc y el efecto de dopantes. En la primera parte, se estudió cómo influye en las propiedades del ZnO el uso de distintos surfactantes en su síntesis. Los surfactantes empleados fueron polivinilpirrolidona (PVP), ácido cítrico (AC), ácido oleico (AO) y etilenglicol (ETG). De los resultados obtenidos se observó que la muestra con una mayor actividad fotocatalítica probada en la degradación del colorante negro reactivo 5 (RB5) fue la de ZnO-ETG, por lo que ésta muestra fue la que se empleó para las etapas posteriores de este trabajo. En la segunda parte se sintetizó ZnO con tres concentraciones molares del precursor de zinc, 0.2M, 0.3M y 0.4M. Esto se realizó principalmente para disminuir el tamaño de partícula del ZnO, ya que la obtención de nanopartículas es imperativa en este estudio. La muestra que mostró el mejor desempeño fotocatalítico fue la sintetizada con 0.2M de precursor, por lo que se utilizó esta concentración para la síntesis de las NP’s dopadas y co-dopadas. Finalmente, una vez determinadas las mejores condiciones de síntesis para la obtención de las nanopartículas de ZnO, se procedió al estudio del efecto del dopaje sobre sus propiedades fotocatalíticas. Los dopantes utilizados fueron rodio y tungsteno, con porcentajes de 0.5%, 0.7% y 1.0% molar. Además, se obtuvo ZnO co-dopado con los siguientes porcentajes molares 0.50%Rh/0.50%W, 0.25%Rh/0.75%W y 0.75%Rh/0.25%W. Se observó que la inserción de Rh y/o W no modifica la estructura, ni la morfología, ni la carga superficial del ZnO de manera significativa, pero sí existe un cambio en la absorbancia óptica y en la brecha de energía prohibida debido a la presencia de estos iones, los cuales mejoran la actividad fotocatalítica del ZnO considerablemente. Adicionalmente, se estudió otro método de degradación del colorante RB5 conocido como sonocatálisis, empleando como catalizadores las muestras dopadas al 1.0% de rodio y tungsteno, la muestra co-dopada en la misma proporción de los iones dopantes, en donde se observó la misma tendencia que en las pruebas fotocatalíticas. Sin embargo, para el método de degradación de sonocatálisis la remoción de color se llevó en un tiempo mayor.