NANOPARTÍCULAS DE SILICIO: CONTROL DE TAMAÑO Y PROPIEDADES FOTOFÍSICAS MEDIANTE SÍNTESIS POR VIA OXIDATIVA

JUAN JOSÉ ROMERO; HERNÁN B. RODRÍGUEZ; MÓNICA C. GONZALEZ

Villa Carlos Paz

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2017

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Las nanopartículas de silicio (SiNPs) de tamaños < 5 nm son actualmente objeto de activa investigación debido a sus particulares propiedades ópticas, electrónica y químicas, y sus potenciales aplicaciones como marcadores fotoluminiscentes y fotosensibilizadores [1]. Sus propiedades fotofísicas y electroquímicas dependen, entre otros factores, del tamaño de partícula. Poder controlar su distribución de tamaños a partir de las condiciones de síntesis es crucial para el diseño racional de SiNPs con propiedades ajustadas a sus aplicaciones. En este sentido, el objetivo del presente trabajo fue explorar la síntesis oxidativa por vía húmeda de SiNPs, variando las condiciones a fin de controlar la distribución de tamaños del producto obtenido, y correlacionar estos resultados con sus propiedades fotofísicas y electroquímicas. La síntesis incluye una única etapa de reflujo del siliciuro precursor (Mg2Si) en DMF, en presencia de un oxidante (NH4Cl), con posteriores etapas de funcionalización superficial con 2-propenilamina mediante hidrosililación térmica y purificación por diálisis. Estas SiNPs fueron caracterizadas por HR-TEM, FTIR y XPS, y su caracterización fotofísica efectuada sobre suspensiones en DMF. Incrementando la relación oxidante a precursor de Si (nox/nSi) se obtuvieron SiNPs de tamaño creciente, con diferentes propiedades fotofísicas y electroquímicas (ver algunos parámetros relevantes en la tabla). nox / nSi 3.44 5.21 11.5d (nm) 3.4 ± 0.6 4 ± 1 5 ± 1Eg (eV) 3.69 ± 0.02 3.76 ± 0.03 3.77 ± 0.02ECB (red, V vs NHE) -0.686 ± 0.003 -0.666 ± 0.002 -0.656 ± 0.002Φem (λex= 350 nm) 0.11 ± 0.03 0.39 ± 0.05 0.64 ± 0.02 Experimentos de fotoluminiscencia y absorción resueltos en el tiempo (TCSPC y espectroscopia de absorción transitoria en los fs-ps) sugieren que los estados involucrados en la absorción dependen del tamaño de partícula, pero los estados emisores están asociados a trampas de O o N superficiales. Esta síntesis es sencilla, reproducible, presenta rendimientos aceptables, y variando las condiciones de síntesis es posible ajustar el tamaño de las SiNPs y algunas propiedades fotofísicas y electroquímicas, aportando al conocimiento sobre la fotofísica de las SiNPs y brindando información útil para el diseño de sistemas que involucren procesos fotoinducidos de transferencia de energía y carga.Referencias1) Caregnato, P.; Dell´Arciprete, M. L.; Gonzalez, M. C.; Lillo, C. R.; Rodríguez, H. B.; and Romero, J. J., Photochemistry: Volume 44, 2016, 44, 324-347.