Síntesis de nanoestructuras híbridas compuestas por oro y magnetita.

GONZÁLEZ OCHEA, ROCÍO; BENZAQUÉN, TAMARA B.; ENCINA, EZEQUIEL R.

Santiago del estero

Encuentro; IX Encuentro de Física y Química de Superficies y I Encuentro de Biología de Superficies.; 2022

Las nanoestructuras híbridas (NHs) compuestas por materiales semiconductores y metales plasmónicos son capaces de utilizar la luz solar para fotocatalizar reacciones químicas de relevancia ambiental y energética, tales como la degradación de contaminantes y la generación de H2. Es conocido que, mediante diversos mecanismos, la excitación de resonancias plasmónicas incrementa la eficiencia de las NHs para convertir energía lumínica en otras formas [1]. Por su parte, la incorporación de materiales con propiedades magnéticas en las NHs representa una gran ventaja desde un punto práctico, dado que permiten recuperar el material externamente mediante un campo magnético [2]. Si bien se ha demostrado la capacidad de la magnetita (Fe3O4) para actuar como fotocatalizador heterogéneo en la fotodegración de sustancias orgánicas, son escasos los estudios que reporten la síntesis en medio acuoso de NHs compuestas por un núcleo de metal plasmónico (Au, Ag) y una coraza de Fe3O4, y su aplicación como fotocalizadores heterogéneos.En este trabajo, se sintetizaron nanopartículas de Fe3O4 mediante la oxidación parcial de sales de Fe(II) en presencia de nanopartículas de Au (sintetizadas previamente por el método Turkevich), dando lugar así a la formación de NHs. En la síntesis de nanopartículas de Fe3O4 se utilizó FeSO4 como fuente de hierro, una relación R=[Fe(II)]/[OH-]=2 y oxígeno atmosférico como oxidante. Las respectivas soluciones se mezclaron en diferentes condiciones, es decir, en atmósfera de O2 o de N2, y luego se mantuvieron a 80 °C durante una hora. Además, los experimentos de síntesis se realizaron empleando distintas concentraciones de FeSO4. El producto obtenido fue caracterizado mediante espectroscopía UV-Vis, microscopía de transmisión (TEM) y difracción de rayos X (DRX). Ilustrativamente, en la Figura 1 se muestran difractogramas de NHs sintetizadas en atmósfera inerte y con una concentración de FeSO4 de (A) 5E-4 M y (B) 1E-3 M (en cada difractograma se ha insertado una imagen TEM representativa de cada muestra). El diámetro de las NPs de Au es de 25 nm, el cual fue determinado por estadística mediante imágenes TEM. En ambos productos se puede evidenciar la presencia de Au ya que las señales en ambos difractogramas coinciden con el patrón de difracción de oro (barras en color rojo). Sin embargo, las señales del difractograma de la Figura 1 A no se corresponden con el patrón de difracción de Fe3O4 (barras en color verde), mientras que las señales del difractograma de la Figura 1 B sí coinciden con el patrón de Fe3O4. Esto quiere decir que, a bajas concentraciones de FeSO4 no se obtiene Fe3O4 sino otra fase que aún no se ha caracterizado, pero que implicaría una fase totalmente oxidada, como podría ser un óxido u oxihidróxido de hierro. Mientras que, a mayor concentración de FeSO4 se obtiene Fe3O4, el cual no solo se evidencia con la técnica de DRX sino también desde un punto de vista macroscópico, donde se observa su comportamiento magnético en cercanía de un imán externo.