Caracterización superficial de películas de redes metal-orgánicas mediante AFM y XPS

ROCÍO L. PAPURELLO; JUAN M. ZAMARO; JOSE LUIS FERNANDEZ; EDUARDO E. MIRÓ

Santa Fe

Encuentro; VII Encuentro de Física y Química de Superficies; 2016

IFIS Litoral

El estudio de los ?metal-organic frameworks? (MOF´s) se ha extendido en los últimos años debido a sus características inherentes tales como una elevada superficie específica y estructuras de poros ordenadas. Esto los posiciona como materiales con potencial aplicación como adsorbentes, soportes de catalizadores, entre otras. Consisten en clusters inorgánicos enlazados mediante unidades orgánicas en arreglos tridimensionales. Resulta de interés sintetizarlos en forma de películas sobre sustratos para emplearlos como soportes de especiesactivas. El objetivo de este trabajo es analizar la microestructura de los sustratos metálicos y caracterizar películas de ZIF-8 funcionalizadas y evaluadas en una reacción en fase gas. Como sustratos se emplearon láminas de cobre electrolítico en las que se moldearon microcanales paralelos. El crecimiento de las películas se efectuó mediante síntesis solvotérmica directa (T: 120 ºC, t: 10 horas). La adición de nanopartículas de Ag sobre las películas del MOF se efectuó mediante impregnación a humedad incipiente (AgNO3, etanol)seguido de reducción mediante UV. El análisis superficial del sustrato y películas se efectuó por Microscopia de Fuerza Atómica (AFM) con un equipo Agilent 5400 (?Keysight Technologies, USA?) con cantiléver de Si en modo ?tapping?. La composición superficial se examinó mediante Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos X (XPS) con un equipo multitécnica SPECS. Estudios previos de crecimientos sobre sustratos planos (SP) de cobre determinaron que mediante síntesis directa no se desarrolla la película del MOF. Por el contrario, en los sustratos microplegados (SM) se obtuvo una película continua y uniforme. Mediante AFM se obtuvieron los perfiles topográficos de ambos sustratos. El SP muestra una nanoestructura de grano típica de electrodepósitos de cobre propio del método de producción de estos materiales. Sin embargo el SM presenta un tamaño de grano mucho mas fino, probablemente debido a la compresión que sufre durante el proceso de plegado. Esta nanorugosidad provee una alta densidad de sitios de nucleación que permite el desarrollo de la película. En el perfil del microcanal tratado solvotérmicamente por 1 hora, se observaron formaciones nanométricas que mediante imágenes de contraste de fase, se determinó que poseen una naturaleza química diferente a la del sustrato, en correspondencia con pequeños núcleos de ZIF-8. Se evaluó mediante XPS la composición elemental de las películas funcionalizadas con plata antes y luego de la evaluación catalítica. En ambos casos se detectó cobre superficial en estado de oxidación +1 de acuerdo a los valores de energía de las transiciones Cu2p y CuLMM obtenidas. Éstas especies provienen de la disolución parcial delsustrato durante la síntesis. Por otra parte, el parámetro Auger calculado a partir de las transiciones AgMNN confirman la presencia de Ag metálica en las dos muestras. Los estudios realizados permitieron determinar que el tratamiento de microplegado promueve la nucleación de los cristales y que la microestructura superficial juega un rol fundamental en el crecimiento de la película. El analisis XPS demostró la presencia de Cu(I) y Ag0 en las películas impregnadas y evaluadas en reacción.