Preparación por vía sol-gel de TiO2 dopado con no metales

M. E. CALVO A, M. H. FACTOROVICH, R. J. CANDAL, S. ALDABE BILMES

Tandil Bs.As.

Congreso; XV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorganica; 2007

AAIFQ

El aprovechamiento de la radiación solar es una de la metas más importantes para lograr un desarrollo energético sustentable. En aplicaciones fotocatalíticas el dióxido de titanio (TiO2) es el semiconductor más ampliamente difundido debido a su baja toxicidad, bajo costo y alta estabilidad química. Sin embargo, presenta la desventaja de absorber sólo el 5% de la radiación solar debido a que es un semiconductor de banda ancha (Egap =3,2 eV, anatasa). Para extender la absorción de luz visible, se comenzó a explorar la inclusión de elementos no metálicos tales como carbono, azufre y nitrógeno en la red cristalina de TiO2. Este “dopaje” produce el angostamiento del gap debido a la combinación de los niveles 2p del oxígeno con los niveles p del elemento no metálico agregado. El resultado es el corrimiento del espectro de absorción hacia la zona del visible. En este trabajo se exploró por medio de la vía sol-gel la síntesis de membranas autosoportadas y films de TiO2 modificados con nitrógeno. Los soles de TiO2 se sintetizaron en medio acuoso y alcohólico utilizando distintas cantidades de un hidróxido de amonio cuaternario como agente peptizante y como fuente de nitrógeno. Los xerogeles se obtuvieron por evaporación controlada y las películas por dip-coating. Estas últimas se soportaron sobre vidrio y sobre vidrio conductor. En todos los casos, los sistemas fueron tratados a 500ºC durante una hora. Las membranas se caracterizaron por difracción de rayos X, análisis termogravimétrico y reflectancia difusa, mientras que las películas se caracterizaron por transmitancia UV-Visible debido a que presentan calidad óptica. También se evaluó en una celda de tres electrodos el comportamiento fotoelectroquímico de las películas soportadas sobre vidrio conductor al ser irradiadas con luz convenientemente filtrada . No todos los soles produjeron membranas y sólo en algunos casos se observó que las mismas presentaban un color pardo-amarillento. Si la cantidad de nitrógeno agregada es baja las muestras presentan color negro debido a la oclusión de carbono dentro de los poros. En estos dos últimos casos el espectro de reflectancia difusa, presenta un corrimiento hacia longitudes de onda mayores y un menor valor de Egap lo cual hace suponer que el no metal ha sido incluído con éxito. La presencia única la fase cristalina anatasa en los sólidos, reafirma esta suposición. Por otra parte los resultados fotoelectroquímicos obtenidos con las películas correlacionan con los resultados obtenidos en membranas.