Modulación de la banda de conducción del ZnO a través del tamaño de partícula. Efecto sobre la acumulación de electrones y formación de complejos de transferencia de carga.

AGUIRRE, MATIAS EZEQUIEL; ARMANELLI, AILEN; MUNICOY, SOFIA; GRELA, MARÍA ALEJANDRA

Buenos Aires (C.A.B.A.)

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fiscoquímica y Química Inorgánica; 2015

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

El ZnO es un semiconductor de banda ancha estable a la fotocorrosión, de bajo costo y toxicidad y de alta disponibilidad. A diferencia del TiO2, en el ZnO la masa efectiva del electrón es relativamente baja, por lo que es posible observar efectos de confinamiento electrónico para diámetros inferiores a 8 nm. Esta característica permite modular la brecha interbanda y la densidad de estados controlando el tamaño de las nanopartículas. En este trabajo se obtuvieron nanopartículas de ZnO entre 3 y 6 nm por hidrólisis alcalina de acetato de zinc en etanol a diferentes temperaturas (entre 0 y 60 ºC). El agregado posterior de etilenglicol permitió detener el crecimiento del óxido, dando lugar a la formación de soles ópticamente claros y estables. Del análisis de los espectros de absorción -combinando modelos existentes en la literatura- se obtuvieron los radios medios, la distribución de tamaños del coloide, y los potenciales de las bandas. Los valores obtenidos para el potencial de la banda de conducción (y valencia) se modifican desde -676 mV a -345 mV (y de 3250 mV a 3090 mV) para partículas de ZnO obtenidas a partir de la hidrólisis a 0 y 60 ºC, respectivamente. Los resultados indican que el cambio producido por la modulación del tamaño se traslada principalmente a la banda de conducción. Desde el punto de vista de la actividad fotoquímica, este hecho permite modular los procesos de sensibilización del ZnO en función del potencial del colorante y obtener soles con mayor capacidad reductora ya sea bajo irradiación continua o en la oscuridad luego del proceso de acumulación de electrones.A fin de cuantificar estos fenómenos se irradiaron soles de distinto tamaño de partícula y se llevaron a cabo experimentos de titulación de los mismos en condiciones anaeróbicas luego de la irradiación utilizando en metilviológeno como aceptor electrónico. Los potenciales de Fermi aparente, Ef en estas condiciones resultaron -309 ± 5 mV, -353 ± 1 mV y -338 ± 9 mV para nanopartículas de 3.4, 4.2 y 5 nm, respectivamente. El incremento inicial de Ef se atribuye al concomitante cambio (aumento) de la densidad de estados con r. El cambio en la densidad de estados se puso en evidencia a través de cambios espectroscópicos en los complejos de transferencia de carga del ZnO con alizarina y nitrocatecol. Se proyectan estudios electroquímicos para la realización de una descripción cuantitativa de la densidad de estados en el semiconductor.