Fotocatálisis Fotónica sobre Ópalos Iinvertidos de TiO2

ZVITCO G.; ISSA M.; MENDIVE C.; ARANA A.; UBOGUI J.; CURTI M.; LÓPEZ ROBLEDO G.; GRELA M. A.

Villa Carlos Paz

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2017

Asociacón Argentina de Fisicoquímica y Química Inorgánica

MotivaciónLa fotocatálisis, a través de los llamados procesos de oxidación avanzados y de la producción de hidrógeno a partir de agua, es una de las herramientas más prometedoras para solucionar los crecientes problemas medioambientales y demandas energéticas de la población humana. Entre los materiales con propiedades fotocatalíticas, el dióxido de titanio, TiO2, es uno de los más estudiados e implementado comercial e industrialmente, gracias a su bajo costo, baja toxicidad, y alta actividad en el rango UV. El principal desafío consiste en aumentar su actividad en la región visible, donde el espectro solar posee un máximo de emisión. En este sentido, una estrategia reciente se basa en la preparación de cristales fotónicos a partir del TiO2. En particular, la estructuración de este material en forma de ópalo invertido, en el que cavidades esféricas monodispersas de diámetros submicrométricos se generan en forma ordenada dentro de una matriz de TiO2, permite manipular la propagación y absorción de los fotones. Para un rango de energía determinado la estructura permite reducir la velocidad de grupo de los fotones, que representa la velocidad a la que se transmite la energía, dando lugar al ?efecto de fotones lentos?. Esto redunda en un incremento del camino óptico efectivo, favoreciendo la absorción lumínica del material en regiones donde su capacidad de absorción es pobre, y aumentando así la velocidad de las reacciones fotocatalíticas. Resultados y ConclusionesLa degradación de azul de metileno en fase acuosa bajo irradiación visible (λ=450 nm) demostró una velocidad sobre ópalos invertidos con cavidades de 180 nm considerablemente mayor a la de films compactos de TiO2, adjudicada a la mayor área superficial de los primeros. Por comparación con una referencia de porosidad similar pero sin estructura de ópalo invertido se logró elucidar el efecto de fotones lentos en experimentos donde se varió el ángulo de irradiación; así, esta dependencia angular confirmó la naturaleza fotónica del efecto. Ópalos invertidos con cavidades de 100 nm demostraron una menor actividad fotocatalítica, debido a una difusión impedida por parte de la estructura. De forma complementaria se estudió la degradación de acetaldehído bajo luz UV en condiciones estándar ISO. Esta reacción permitió calcular las eficiencias fotónicas y confirmar la hipótesis de una difusión impedida en fase acuosa para ópalos invertidos de cavidades pequeñas.