Generación de ensamblados moleculares de 3-aminopropil-trimetoxisilano (APTES) sobre superficies de estructuras zeolíticas tipo LTA.

CONSTABEL NATALIA; CLEMENZ FLORENCIA; TARDITI ANA; CRISTINA LUCILA J.

Congreso; IX Reunión Nacional de Sólidos; 2023

La funcionalización de superficies de estructuras zeolíticas con moléculas orgánicas, especialmente aminoácidos, organosilanos y tioles, permite modificar las propiedades superficiales de los aluminosilicatos cristalinos microporosos, aportando características adecuadas para ser utilizados en diferentes aplicaciones que van desde: la inmovilización de enzimas en biocatálisis, como la fabricación de biosensores electroquímicos y adsorbentes selectivos de moléculas específicas. Esta estrategia de diseño racional de nuevos nanomateriales demanda un enfoque multitécnico para comprender las propiedades químicas y físicas de la interface orgánica-inorgánica y del proceso de ensamblado. En este trabajo, se estudió la generación de monocapas auto-ensambladas (SAMs) de moléculas de (3-aminopropil)trietoxisilano (APTES), las cuales poseen un grupo amino (–NH2), debido a su potencialidad para funcionalizar la superficie expuesta de zeolitas sintéticas, y su capacidad para inmovilizar nanopartículas metálicas. La funcionalización con moléculas de APTES sobre polvo de zeolita con estructura tipo LTA, obtenida previamente mediante síntesis hidrotérmica y calcinada a 300 oC con flujo de Ar, se realizó en fase líquida. La investigación se orientó en la variación controlada de los parámetros que intervienen en el proceso de adsorción y ensamblado en la superficie zeolítica, utilizando un sistema de reflujo. Se optimizaron las siguientes variables: solvente (tolueno anhidro o etanol absoluto), concentración de APTES en la solución (0,07 M; 0,14 M y 0,27 M), tiempo de funcionalización (2 y 4 horas), y temperatura (100 oC para Tolueno y 65 oC para Etanol) en agitación constante. Finalmente, los sustratos se enjuagan con etanol absoluto, filtran y secan en estufa a 80 oC durante 12 horas. Utilizando espectroscopias de fotoelectrones de rayos X (XPS) e infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), y difracción de rayos X (XRD), se analizó la composición y grupos funcionales involucrados en la formación de la interface, comotambién, las variaciones de la estructura zeolítica. Los resultados de DRX indicaron que la estructura cristalina característica de la zeolita LTA no se altera luego del proceso de adsorción. Mediante XPS, se observó que el cubrimiento de APTES (relación N1s /Al 2p) aumenta con el incremento de la concentración de APTES entre 0,07 M y 0,14 M, alcanzando un valor límite a 0,14 M para ambos solventes. Adicionalmente, se encontró que, empleando tolueno, se obtiene un ensamblado molecular con una mayor relación N 1s/Al 2p a altas concentraciones de APTES (mayor proporción de grupo amino) que cuando se utiliza etanol. En consecuencia, se estudió con XPS la estabilidad térmica de la película molecular formada con tolueno. Los resultados revelaron que la relación N 1s/Al 2p disminuye con el incremento de la temperatura, entre 100 oC y 110 oC, aumentando la proporción del grupo amino N1s (-NH2) en relación al amino protonado N1s (-NH3+) (hasta 130 oC) mientras que la relación Si 2p/ Al 2p se mantiene prácticamente constante. Los avances alcanzados sugieren una menor estabilidad de las especies -NH3 + en la superficie de zeolita y demuestran que la nanoestructura generada no se desorbe ni descompone hasta temperaturas de 130 oC. Esta investigación permitió optimizar los parámetros experimentales para la funcionalización de zeolita LTA con moléculas de APTES; aspirando avanzar en el desarrollo de materiales híbridos para su aplicación en biocatálisis o como biosensores.