Estudio de las propiedades semiconductoras proceso de transferencia de carga y su impacto en la oxidación del 4-clorofenol de materiales nanoestructurados núcleo(ZnO, SnO2, WO3)@coraza(TiO2) - Ramírez Ortega, David Alfonso (Universidad Autónoma Metropolitana, 2016)
Coupling TiO2 with other oxides is an efficient strategy employed to increase the photocatalytic performance of the TiO2. The composite offers a pathway to separate charge carriers by suppressing their recombination. Commonly, a maximum performance is observed when the foreign oxide is around 5-7 % mol in the composite, leading to a controversy about why at a higher ratio in the photocatalytic activity. To understand this behavior and the processes involved in the separation of the charge carriers in this research, 3 systems ZnO@TiO2, SnO2@TiO2 and WO3@TiO2 were synthesized structures core@shell by sol-gel method, previously synthesized nanoparticles of core(ZnO, SnO2 and WO3) and titanium isopropoxide as precursors that allow the core during formation of TiO2 (shell), creating direct contact between the core and the shell. A detailed description of the physicochemical and electrochemical characterization of multicore(ZnO, SnO2 and WO3)@shell(TiO2) structures with different core:TiO2 molar ratio (01:99, 03:97, 06:94, 12:88 and 20:80), allowed to explain this behavior, which is related to the interaction between the core-shell, generating energy states at the interface. These acts as electron traps during the photocatalytic process favor the separation of the charge carriers. In 6% mol these energy states are in an optimal concentration for all three systems, where Nd is maximum or minimum. Similarly, the positions of the bands conduction and valence are of great importance for the process of charge transfer, improving separation of the charge carriers when a good coupling between them.; El acoplamiento del TiO2 con diferentes óxidos es una estrategia eficiente, empleada para incrementar la actividad fotocatalítica del TiO2. La formación de este acoplamiento mejora la separación de los portadores de carga y disminuye la velocidad de recombinación. Comúnmente, se ha observado un máximo de actividad fotocatalítica cuando la concentración del otro óxido semiconductor se encuentra entre un 5-7% mol en el material, generando controversia acerca del porqué de este máximo en la actividad. Para entender este comportamiento y los procesos involucrados en la separación de los portadores de carga, en este trabajo, se sintetizaron 3 sistemas ZnO@TiO2, SnO2@TiO2 y WO3@TiO2 en estructuras núcleo@coraza por el método sol-gel, sintetizando previamente las nanopartículas de ZnO, SnO2 ó WO3 como núcleo e isopropóxido de titanio como precursores. Esto permite recubrir el núcleo durante la formación del TiO2 (coraza), creando un contacto directo entre el núcleo y la coraza. Se observó un máximo en la actividad fotocatalítica cuando la concentración del núcleo fue 6% mol en todos los sistemas. Una descripción detallada de la caracterización fisicoquímica y electroquímica de las estructuras (ZnO, SnO2 ó WO3)@(TiO2) con diferentes relaciones molares entre el núcleo: coraza (ZnO, SnO2 ó WO3):(TiO2) iguales a 01:99, 03:97, 06:94, 12:88 y 20:80, permitió explicar este comportamiento fotocatalítico, el cual está relacionado a la interacción núcleocoraza, generando estados energéticos en la interfase. Estos actúan como trampas de electrones durante el proceso fotocatalítico favoreciendo la separación de los portadores de carga, a una concentración de 6% mol del núcleo, estos estados energéticos se encuentran en una concentración óptima para los tres sistemas, donde el Nd es máximo o mínimo. De igual manera, las posiciones de las bandas de conducción y de valencia son de gran importancia para el proceso de transferencia de carga, mejorando la separación de los portadores de carga cuando existe un buen acoplamiento entre ellas.