Modificación de nanotubos de TIO2 mediante electrodepósitos, para aplicaciones fotoelectroquímicas - Carrera Crespo, Juan Edgar (Universidad Autónoma Metropolitana, 2017)
La modificación de nanotubos de TiO2 (TNTs) con CdS, ha sido una de las estrategias más utilizadas para emplear estas nanoestructuras en aplicaciones fotoelectroquímicas bajo luz visible. Métodos químicos como la deposición por baño químico secuencial (SCBD o SILAR), así como la electroreducción, son los procesos más empleados para acoplar CdS con TNTs, donde el CdS es formado a partir de la reacción entre los iones Cd2+ y S2- localizados cerca de la superficie de los TNTs; por lo tanto, la unión entre el CdS y los TNTs podría ser débil, provocando una caída óhmica y afectando el transporte de carga en la interfase CdS/TNTs. Para mejorar la unión entre el CdS y los TNTs, en este trabajo de tesis se propone una ruta electroquímica/térmica/química, consistiendo en los siguientes pasos: i) Electrodeposición de cadmio sobre los TNTs, para asegurar un contacto directo entre el TiO2 y las partículas precursoras metálicas; ii) Tratamiento térmico en aire, para transformar el Cd a CdO; y iii) Sulfuración total del CdO en una atmósfera conteniendo H2S(g); obteniéndose partículas de CdS fuertemente unidas a los TNTs. Estas transiciones fueron seguidas empleando la técnica de difracción de rayos X (XRD), confirmando mediante esta técnica y con la de espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS), la transformación completa de las partículas de cadmio a CdS. Asimismo, el análisis superficial y longitudinal de los TNTs acoplados con CdS (TNTs-CdS), utilizando la técnica de microscopía electrónica de barrido (SEM), evidenció el decorado de las paredes internas y externas de los nanotubos con nanopartículas de CdS. La caracterización por espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), reveló cambios en las propiedades eléctricas de la estructura soporte debido al proceso de sulfuración, así como una baja resistencia en la interfase óxido/calcogenuro, dando como resultado todas estas características alcanzadas, un mayor desempeño fotoelectroquímico de los TNTs-CdS sintetizados mediante el método propuesto en este trabajo, comparado con el obtenido por los TNTs-CdS preparados por el método de SILAR. Además, la ruta electroquímica/térmica/química es empleada en la síntesis de partículas tipo “core@shell” de CdO@CdS sobre otra nanoestructura soporte, nanofibras de TiO2, a partir de modificar el último paso de esta estrategia. Asimismo, los resultados preliminares obtenidos con partículas de Sb, validan el empleo de esta ruta híbrida en la síntesis de otros calcogenuros.; TiO2 nanotubes (TNTs) modification with CdS has been one of the most used strategies to use these nanostructures in photoelectrochemical applications under visible light. Chemical methods such as sequential chemical bath deposition (SCBD or SILAR), as well as electroreduction, are the most used processes for coupling CdS with TNTs, where CdS is formed from the reaction between Cd2+ and S2- ions located near of the TNTs surface; therefore, the union between the CdS and the TNTs could be weak, causing an ohmic drop and affecting the charge transport in the interface CdS/TNTs. In order to improve the bonding between the CdS and the TNTs, an electrochemical/thermal/chemical route is proposed in this thesis, consisting of the following steps: i) electrodeposition of cadmium on the TNTs, to ensure a direct contact between TiO2 and the metal precursor particles; ii) heat treatment in air, to transform the Cd to CdO; and iii) total sulfurization of the CdO in an atmosphere containing H2S(g); obtaining CdS particles strongly adhered to the TNTs. These transitions were followed using X-ray diffraction (XRD) technique, confirming the complete transformation of the precursor particles of cadmium to CdS by this technique and with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Moreover, the superficial and lengthwise analysis of the TNTs coupled with CdS (TNTs-CdS), using scanning electron microscopy (SEM), demonstrated the decoration of the inner and outer walls of the nanotubes with CdS nanoparticles. Characterization by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) revealed changes in the electrical properties of the support structure due to the sulfurization process, as well as a low resistance at the oxide/chalcogenide interface, given all these features achieved, a higher photoelectrochemical performance of the TNTs-CdS synthesized by the method proposed in this work, compared to that obtained by the TNTs-CdS prepared by the SILAR method. In addition, the electrochemical/thermal/chemical route is used in the synthesis of core@shell type particles of CdO@CdS on another support nanostructure, TiO2 nanofibers, modifying the last step of this strategy. Also, the preliminary results obtained with Sb particles, validate the use of this hybrid route in the synthesis of other chalcogenides.