Láminas de hierro con nanoestructuras superficiales de hematita y magnetita electrodepositadas sobre sustratos de aluminio

M. S. APREA; J. S. RIVA; F. MENESES; P. G. BERCOFF

Buenos Aires

Jornada; 1ª Jornada Interdisciplinaria de Aplicaciones de Fenómenos de Superficie (JIAFES); 2019

Las láminas de hierro que presentan nanoestructuras superficiales de óxidos de hierro son de graninterés para posibles aplicaciones tecnológicas, en particular en remediaciónambiental. Por este motivo, resulta importante estudiar la síntesis de estetipo de nanoestructuras, tratando de controlar la formación superficial deóxidos de hierro ferromagnético (como magnetita o hematita). Este tipo demateriales han demostrado su relevancia para ser utilizados como electrodos ensistemas de separación de agua y producción de hidrógeno en celdas solares [1].Otros investigadores han estudiado un tipo particular de nanoestructura dehematita, sintetizada en presencia de un campo magnético, con aplicaciones entratamiento de agua mediante la adsorción de metales pesados (Ar y Cr) [2]. Para estainvestigación se sintetizaron películas de hierro por electrodeposición a dospotenciales fijos, negativos, de -1,5 V y -2,0 V. Se emplearon como sustratosláminas de aluminio de 98% de pureza, a las cuales se les efectuó untratamiento de electro-pulido (a espejo) previo a la síntesis, en una celdaelectroquímica de tres electrodos. El contra-electrodo utilizado fue de Ptmientras que el electrodo de referencia fue de Ag/AgCl. Las láminas obtenidas se caracterizaron por difracción de rayos X,microscopía electrónica de barrido, emisión de rayos X por dispersión enenergía y magnetometría. Además, se determinaron los mecanismos de nucleación ycrecimiento cristalino que predominan en estas láminas a partir de las curvasde corriente en función del tiempo (transitorios) medidas durante los procesosde electrodeposición. A partir de la caracterización se halló que las láminas sintetizadas poreste método se encuentran compuestas mayoritariamente de hierro puro, con unaestructura cristalina de tipo cúbica centrada en el cuerpo (bcc) y texturacristalográfica en dirección (002). Las superficies de las películassintetizadas presentan estructuras nanométricas de óxidos de hierro. En lamuestra electrodepositada a -1,5 V se detectan magnetita y hematita, mientrasque en el caso de efectuar la síntesis a -2,0 V, sólo se encuentra hematitasobre la superficie del hierro. En ambos casos estos óxidos cristalizan enestructuras de tipo ?nanosheets? y ?nanoflowers? con dirección decrecimiento perpendicular al plano de los sustratos. El tipo de nanoestructurasencontradas es importante para aplicaciones tales como el tratamiento de aguascontaminadas con arsénico y cromo, gracias a la capacidad de estos óxidos de hierropara la adsorción de metales pesados, que se ve incrementada debido al aumentodel área efectiva expuesta [2, 3].  El estudio de las propiedades magnéticas de las muestras preparadaspermitió determinar que el eje de fácil magnetización coincide con el ejeparalelo al plano de las películas. También se observó un aumento de lacoercitividad en la muestra que contenía magnetita superficial(electrodepositada con un potencial menos negativo). En cuanto a los mecanismosde crecimiento y nucleación de las películas de hierro, se encontró que elmodelo tridimensional de régimen progresivo controlado por el volumen dedifusión representa satisfactoriamente las curvas de transitorios en ambas muestras.