Films delgados mesoporosos de zirconia-ceria: caracterización estructural, óptica y cristalográfica

IANINA L. VIOLI; ANDRÉS ZELCER; VITTORIO LUCA; GALO J. A. A. SOLER-ILLIA

Buenos Aires

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

Asociación Argentina de Fisiquicoquímica

Los films delgados mesoporosos (FDM) se caracterizan por su elevado volumen poroso accesible, su tamaño de poro controlado por las condiciones de síntesis y amplia versatilidad en su uso. Esta última tiene origen en las propiedades inherentes a los materiales cerámicos que los conforman, así como en la posibilidad de obtenerlos sobre sustratos de variada naturaleza, lo cual los transforman en materiales soportados con vastas aplicaciones potenciales. Los óxidos mixtos de zirconia-ceria son particularmente interesantes, debido a la sinergia que surge de la combinación de la elevada estabilidad térmica y mecánica de la zirconia con la capacidad redox y de almacenamiento de oxígeno de la ceria. Su obtención en forma de films delgados mesoporosos constituye una plataforma novedosa del material, la cual ha sido escasamente explorada en la literatura a pesar de su valioso potencial.1-3En este trabajo se presenta la síntesis de FDM ordenados de óxidos mixtos de zirconia-ceria de composición variable, a través de un método sencillo que permite su obtención sobre sustratos de variada naturaleza como vidrio, silicio o vidrio conductor (ITO, del inglés indium tin oxide).Se prepararon FDM de Zr1-xCexO2 con 0,1≤x≤0,5 mediante la combinación de procesos sol-gel y el autoensamblado de surfactantes inducido por evaporación. El surfactante utilizado fue Pluronic® F127. El tratamiento post-síntesis involucró la calcinación directa de los materiales a 200°C, seguida de un tratamiento a 350°C por dos horas. Para inducir la cristalización se trataron algunas de las muestras a mayores temperaturas (entre 550 y 600°C) por tiempos variables, entre media hora y tres horas. Luego, se determinó: la accesibilidad a vapor de agua y el tamaño de poros y cuellos por Elipsoporosimetría Ambiental; la mesoestructura por SAXS-2D y por microscopía electrónica de transmisión y barrido; las propiedades ópticas por espectroscopía UV-Vis y elipsometría; la composición por EDS; la homogeneidad y estructura por DRX con incidencia rasante.La mesoestructura obtenida es cúbica centrada en el cuerpo en todos los casos, con distancias interplanares de ∼13nm. El volumen accesible de ∼30%, y el tamaño de poros de ∼6nm. Se comprobó mediante medidas de DRX que los óxidos se hallan formando una solución sólida, y que poseen alta estabilidad térmica. El tamaño de cristalita obtenido depende de la composición del óxido, observándose una inhibición de su crecimiento para composiciones ricas en ceria