Films Delgados de TiO2 con Estructura Jerárquica de Macro- y Mesoporos

M. CECILIA FUERTES; PAULA C. ANGELOMÉ; GALO J. A. A. SOLER-ILLIA; MARIANA ROSENBUSCH

Termas de Río Hondo

Congreso; XIV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2005

La síntesis “a medida” de óxidos con superestructura jerárquica provee nuevos materiales avanzados con aplicaciones en catálisis, sensores o separación. El diseño y la caracterización de estructuras meso/ macroporosas híbridas es un paso fundamental para crear dispositivos que incorporen las ventajas de los sistemas mesoporosos (ej: elevada superficie específica, control de tamaño de poro -de 2-50 nm- y de las características de la superficie) con una porosidad más abierta, en el orden de los macroporos (100 nm-10 μm), a fin de facilitar el transporte de materia, o permitir la interacción con especies de mayor tamaño tales como biomoléculas masivas, membranas, bacterias, células. Son particularmente interesantes los sistemas porosos modificados con diferentes funciones químicas, precisamente distribuidas en el espacio, con miras a generar materiales integrados para aplicaciones analíticas avanzadas. En este trabajo, se combinó la síntesis sol-gel con técnicas de microsegregación de fases para obtener films delgados porosos de TiO2. Se utilizó polietilenglicol de diferente peso molecular (PEG de M = 2000 y 4000) para inducir la separación de fases espinodal que genera una textura macroporosa (0.1-2 μm) en forma controlada. La textura macroporosa se controló modificando las condiciones de síntesis (composición y temperatura del sol, velocidad de extracción, humedad,…). La asociación del PEG con las especies Ti-oxo resultantes de la polimerización inorgánica genera, a su vez, una textura mesoporosa en las paredes (poros localmente organizados, con una separación interporo de 3-4 nm) al calcinar el film a T > 250ºC. En consecuencia, se obtienen films delgados (200-500 nm) presentando arreglos jerárquicos de macro- y mesoporos anidados en un solo paso. Los distintos arreglos de poros se caracterizaron con microscopías MEB y MET. La descomposición del PEG a lo largo del tratamiento térmico se estudió por medio de TG-ATD, y la mesoestructura resultante se caracterizó con MET. La accesibilidad de los mesoporos se confirmó mediante la adsorción de moléculas orgánicas (DHDP, ACAC), seguida por espectroscopias IR y UV-Vis. Esto permite, a su vez, funcionalizar las paredes de estos óxidos con moléculas orgánicas ancladas a la superficie del poro. Se utilizaron métodos insitu para evaluar la cinética de incorporación de las moléculas, y se aplicaron técnicas ópticas (elipsometría) para medir espesores e índices de refracción y determinar la porosidad de los films. Es de especial interés obtener paredes nanocristalinas ya que las propiedades tecnológicas (electrónicas, catalíticas, ópticas) del TiO2 están relacionadas con su estructura. Por ello, se optimizó el post tratamiento de los films de manera de obtener paredes nanocristalinas sin microgrietas. La cristalinidad de los films se determinó por DRX y difracción de electrones (DE-MET).