APLICACIONES FOTOCATALÍTICAS DE PELÍCULAS DELGADAS DE GO / TiO 2 OBTENIDAS POR SOL-GEL IV SIMPOSIO EN CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías Universidad de Guadalajara Velasco-Hernández Arturo, Mayén-Hernández Sandra Andrea Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Química 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 D' band 2327 cm -1 830 cm -1 1360 cm -1 D band 1364 cm -1 D band 1589 cm -1 G band 2745 cm -1 2D band Raman Intensity (a. u.) Raman shift (cm -1 ) graphene oxide graphite 1577 cm -1 G band Resumen: Se prepararon películas delgadas de óxido de grafeno / dióxido de titanio (GO/TiO 2 ) sobre sustratos de vidrio mediante sol-gel utilizando la técnica de recubrimiento por inmersión – remoción para aplicaciones fotocatalíticas. Los polvos de óxido de grafeno se fabricaron mediante el método Hummers, modificado, y se caracterizó por espectroscopia XRD, TEM, Raman y UV-VIS. Las películas delgadas de OG/TiO 2 se caracterizaron mediante espectroscopia XRD, SEM, EDX, Raman y UV-VIS para evaluar sus propiedades estructurales, morfológicas y ópticas. El ancho de banda prohibida estimado para las películas delgadas está en el rango de 3.39 - 3.45 eV después de un tratamiento térmico de sinterizado a 450 °C. Se demostró adicionalmente que los valores de transmitancia e intensidad Raman en las películas delgadas disminuyen significativamente al aumentar la cantidad de GO. El rendimiento fotocatalítico de las películas delgadas de GO/TiO 2 se investigó mediante el fotoblanqueado de azul de metileno; se observó un eficiente incremento en su rendimiento fotocatalítico utilizando 1% en peso de OG. Adicionalmente, las películas mostraron potencial aplicación en la fotorreducción de CO 2 ; se observó una producción de metanol de 1.09 μmolh -1 cm -2 después de 5 horas de reacción en presencia de luz UV. 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 0 2 4 6 8 10 12 TiO 2 pure (3.45 eV) 1% w. OG/TiO 2 (3.43 eV) 3% w. OG/TiO 2 (3.43 eV) 5% w. OG/TiO 2 (3.41 eV) 10% w. OG/TiO 2 (3.39 eV) (h) 1/2 x 10 3 (m -1 eV) 1/2 h (eV) Óxido de grafeno obtenido mediante modificación del método de Hummers Películas delgadas de óxido de grafeno / dióxido de titanio (GO / TiO 2 ) METODOLOGÍA Síntesis de óxido de grafeno mediante el método de Hummers, modificado CONCLUSIONES Se desarrollaron películas delgadas de dióxido de titanio fotocatalítico modificadas con óxido de grafeno mediante una ruta sol-gel. Debido a que los materiales a base de grafeno tienen una absorbancia en la región UV-Vis, pueden usarse, junto con semiconductores, en tecnologías fotocatalíticas como la reducción de CO 2 a compuestos orgánicos como el metanol. En películas delgadas de dióxido de titanio modificado con óxido de grafeno, se observó un aumento en la producción de metanol a través de la fotorreducción de CO 2 , alcanzando una tasa de producción de 12,68 μmolh -1 cm -2 después de 5 horas de reacción en presencia de luz UV. INTRODUCCIÓN El dióxido de titanio es un candidato prometedor para aplicaciones de conversión de energía solar, como la fotovoltaica y fotocatalítica. Los fotocatalizadores típicos a menudo son modificados para mejorar su actividad fotocatalítica solar. El TiO 2 es un fotocatalizador eficaz bajo irradiación UV, sin embargo, debido a su gran ancho de banda prohibida sus aplicaciones bajo luz visible o solar se ven limitadas; los compuestos de GO / TiO 2 pueden tener actividad fotocatalítica bajo la acción luz visible y aumentar su rendimiento en condiciones solares. El GO está considerado como uno de los materiales más importantes en el campo de los nanocompuestos debido a su estructura única, así como a sus propiedades eléctricas, térmicas, mecánicas y ópticas superiores [1,2]. KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → K + + MnO 3 + + H 3 O + + 3HSO 4 - MnO 3 + + MnO 4 - → Mn 2 O 7 180 min, DI H 2 O, H 2 O 2 Síntesis de películas delgadas de GO / TiO 2 Lavado, DI H 2 O Exfoliación (300 min) REFERENCIAS [1] Abdelmajid Timoumi et al, Results in Physics 11 (2018) 46–51. [2] Francesca Macheratti et al, Applied Surface Science 470 (2019) 484–495. [3] Ulises A. Méndez-Romero et al, Carbon 146 (2019) 491-502. [3] Fotocatálisis utilizando las películas delgadas de GO / TiO 2 Películas delgadas obtenidas mediante inmersión remoción, 6 cm min -1 Tratamiento térmico de sinterizado a 450 °C Grafito Óxido de grafito Óxido de grafeno RESULTADOS Isopropóxido de titanio + óxido de grafeno + etanol + HF Solución de inicio AGRADECIMIENTOS Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, CONACYT. Universidad Autónoma de Querétaro 400 500 600 700 800 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Absorbance (a. u.) Wavelenght (nm) 0 h 1 h 2 h 3 h 4 h 5 h Arreglo fotocatalítico para la degradación de azul de metileno Espectros de absorción de azul de metileno (MB) durante la fotocatálisis con la película delgada 1% wt. GO / TiO 2 . Arreglo fotocatalítico para la fotoreducción de CO 2. 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 0 1 2 3 4 (100) (001) grafito PDF#00-041-1487 Intensidad (u. a.) 2q (grados) (002) (004) x10000 óxido de grafeno x100 200 300 400 500 600 700 800 óxido de grafeno grafito Absorbancia (u. a.) Longitud de onda (nm) (p p * ) 236 nm (p p * ) 224 nm (p p * ) 250-300 nm (n p * ) 100 200 300 400 500 600 700 800 4 8 12 4 8 12 4 8 12 4 8 12 4 8 12 1% w. GO/TiO 2 3% w. GO/TiO 2 5% w. GO/TiO 2 A 1g B 1g B 1g E g E g Desplazamiento Raman (cm -1 ) TiO 2 puro E g 10% w. GO/TiO 2 E g Intensidad Raman (u. a. / 100) E g E g Frequency (a) (b) Óxido de grafito 300 400 500 600 700 800 900 0 20 40 60 80 100 Transmitancia (%) Longitud de onda (nm) TiO 2 1% wt. GO/TiO 2 3% wt. GO/TiO 2 5% wt. GO/TiO 2 10% wt. GO/TiO 2 0 1 2 3 4 5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 [MB] Normalizada Tiempo (horas) TiO 2 pure 1% wt. GO/TiO 2 3% wt. GO/TiO 2 5% wt. GO/TiO 2 10% wt. GO/TiO 2 Photolysis 0 1 3 5 10 0 2 4 6 8 10 12 14 12.69 9.34 Producción de metanol (mmol h -1 cm -2 cat ) Óxido de grafeno en la película de TiO 2 (% wt.) 7.94 9.06 10.96