ESTADO DE OXIDACIÓN Y ENTORNO DEL Cr EN TITANATO DE ESTRONCIO DOPADO PARA USO EN FOTOCATÁLISIS

KIM MANUELA; FERNANDEZ ALEJANDRO; FÁBREGAS, I.O.; OTAL EUGENIO

vila martelli

Congreso; SEGUNDAS JORNADAS UNIDEF; 2020

El titanato de estroncio (STO) es un compuesto cerámico de estructura de tipo perovskita (ABO3) en el cual es relativamente sencillo introducir un dopante en su red cristalina (usualmente metales de transición, por su abundancia y comparativo bajo costo). Ello permite modular sus propiedades físicas (magnéticas, eléctricas, piezoeléctricas, catalíticas, etc.). Esta característica le da una gran ventaja por sobre el TiO2, en el cual la introducción de Cr induce la transformación de anatasa en rutilo, perdiendo las propiedades buscadas[1].El STO posee un band gap ideal para la descomposición fotocatalítica de agua, pero posee una baja absorción de luz solar (Band gap = 3,2 eV)[2] que limita su utilización a la región ultravioleta (UV) del espectro solar; esta última es solo una pequeña parte de la energía que llega a la superficie terrestre (4% del UV vs. 41% en el rango de luz visible).[3]En este trabajo se sintetizaron por el método de estado sólido muestras de STO puro y dopado con Cr (Cr:STO). Las muestras fueron caracterizadas mediante espectroscopia de reflectancia difusa (DRS), actividad fotocatalítica (AFC), difracción (XRD) y absorción de rayos X (XANES).Todas las muestras presentaron la misma fase cristalina (grupo espacial Pm3m), sin fases de impurezas.Se trataron los datos de DRS del STO puro y Cr:STO de acuerdo con el formalismo de Kubelka-Munk (Diagrama de Tauc) y se determinó el ancho de la banda prohibida (BG) de las muestras sintetizadas. Las muestras de Cr:STO, mostraron valores cercanos a 2.5 eV, óptimos para la absorción eficiente de luz visible.Los datos de XANES permitieron establecer que el Cr se encuentra en un entorno octaédrico (Oh), reemplazando al Ti [4]. Todas las muestras presentaron estados de oxidación +3, excepto el STO dopado con 0.5% molar Cr (Cr0.5:STO)ox. el cual presentó un estado de oxidación estimado en alrededor de 4.Para confirmar la existencia de este inusual estado +4, se analizó la estructura de los picos precedentes al borde de absorción K del Cr (posición y presencia). Esta muestra presentó un pico a 4991.8 eV (asignado a Cr4+) y ausencia del pico a 4989.5 eV (asignado a Cr3+)[5]. La muestra (Cr6:STO)ox presentó adicionalmente a Cr3+, un pico a 4993,4 eV. Este indica la presencia de estados de Cr6+ o Cr en una coordinación distinta a la Oh,[5] pero el pico desaparece después de un tratamiento reductor.Como conclusión, todas las muestras presentaron introducción del Cr en la red cristalina del STO y este siempre se alojó en un entorno Oh, reemplazando al Ti. A pesar de la exitosa disminución del BG (corrimiento a 2,5eV desde 3,2eV). Los experimentos mostraron que el estado de oxidación del Cr no influye en la actividad fotocatalítica, dado que todas las muestras con sustitución de Cr mostraron una reducción de la actividad fotocatalítica independientemente del estado de oxidación. A futuro se intentará comprender las razones de este fenómeno, realizando experimentos adicionales.