Scattering de Rayleigh vs. "Quantum-Size Effect" en la Fotocatálisis de Nanopartículas Core-Shell de SiO2-TiO2?

MARTINEZ RICCI, MARIA LUZ; SAJJAD ULLAH ; ELIAS P. FERREIRA-NETO; UBIRAJARA PEREIRA RODRIGUES-FILHO; SARA ALDABE BILMES

CABA

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2015

Asociación Argentina de Fisicoquímica y Química Inorgánica

Es conocido que para sistemas de actividad fotocatalítica, el tamaño de la partícula juega un rol relevante que suele entenderse como el "quantum-size effect". Este término implica que cuando el tamaño de las partículas es menor que el respectivo radio de Bohr, entonces se genera una expansión del valor del band-gap (Eg), lo que da por resultado una mejor actividad fotocatalítica. La titania (TiO2) es uno de los materiales más utilizados en fotocatálisis, debido a sus múltiples propiedades electrónicas, ópticas y excelente estabilidad química. En la literatura, se ha generado cierta controversia respecto del rol del "quantum-size effect" en nanopartículas TiO2. En particular, este efecto es usualmente cuantificado mediante la utilización de gráficas tipo Tauc. Sin embargo, al realizar este tipo de análisis se está despreciando el rol del scattering de Rayleigh en los espectros de extinción de las NPs, lo que puede dar lugar a una interpretación errónea de los procesos involucrados en el sistema. En este trabajo, se estudia un sistema de NPs mesoporosas de TiO2 soportadas sobre partículas de SiO2, que conforman una estructura tipo core-shell. Este sistema, que presenta muchas ventajas tales como la supresión la transformación de anatasa a rutilo, o la minimización de la agregación de NPs, presenta una actividad fotocatalítica mejorada. En este trabajo se expone un análisis del rol de la absorción y del scattering en los espectros de extinción de estas NPs core-shell. Mediante modelos de coeficientes de extinción contrastados con las medidas de las muestras sintetizadas, se muestra que un análisis por gráficas tipo Tauc no resulta adecuado para estos sistemas, dado que el scattering de Rayleigh desempeña un rol esencial en la respuesta óptica. Además se muestra que, al no existir un cambio en el valor de Eg, la respuesta fotocatalítica está optimizada como consecuencia de la conjunción de dos factores: por un lado, la mesoporosidad de la capa de titania que ocasiona que la superficie expuesta aumente considerablemente y junto con ella aumenta el número de sitios activos de Ti(IV), y por otro lado, un aumento de la interacción con luz como consecuencia de un alto contraste entre los índices de refracción de la capa externa respecto del núcleo y del entorno. Este contraste genera un buen confinamiento de la luz en la capa de titania, aumentando así el camino óptico recorrido y optimizando así la fotocatálisis.