Obtención de anatasa (TiO2) nanocristalina codopada con Fe y Si para aplicaciones ópticas

Abstract

In this work, an alternative of synthesis a ceramic material is proposed, which allows to obtain a nanometric particle size and simultaneously keep these dimensions through the combination of techniques sol-gel and hydrothermal treatment with variations in time and temperature. Similarly, by adding the ion silicon and iron into the lattice of TiO2, a chemical substitution (doping) is created without modifying the structure and thus allowing the crystal size doesn´t increase, as well as promote increased absorption range of the visible spectrum showing a favorable change in its optical properties. Phase control was checked by the technique of X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy, particle size and morphology was measured using the technique of Transmission Electron Microscopy (TEM), the surface area of anatase powders was measured in a Horiba equipment from the absorption-desorption of nitrogen, and the optical properties by the technique of UV-Vis spectroscopy. According to the results obtained by XRD, it was possible to verify that titanium dioxide in anatase phase was synthesized, and not witness the presence of other phases, doping is checked with iron and silicon, as well as with the results observed by Raman bearing no different from those of anatase bands. TEM images, mainly the high resolution, indicate that co-doped TiO2 samples exhibit similar to spherical morphology and nanosized (4~10 nm), even with the hydrothermal treatment the particles didn’t grow significantly. With the technique of scanning electron microscopy (SEM) elemental distribution of the dopant ions in samples was observed, as well as assess the morphology of the samples.

En este trabajo, se propone una alternativa de síntesis de un material cerámico, que permite obtener un tamaño nanométrico de partícula y a la vez mantenerlo en dichas dimensiones a través de la combinación de técnicas de sol-gel y tratamiento hidrotermal con variaciones en tiempo y temperatura. De igual manera, al añadir el ion silicio y hierro en la red del TiO2, se crea una sustitución química (dopaje) sin modificar la estructura y permitiendo así que el tamaño de cristal no incremente, así como también promover el aumento de absorción en el rango del espectro visible mostrando un cambio favorable en sus propiedades ópticas. El control de fase se comprobó por la técnica de difracción de rayos X (DRX) y Espectroscopía Raman, el tamaño de partícula y morfología se midió a través de la técnica de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET), el área superficial de los polvos de anatasa se midió en un equipo Horiba a partir de la adsorción-desorción de nitrógeno, y las propiedades ópticas por la técnica de Espectroscopía UV-Vis. De acuerdo con los resultados obtenidos por DRX, se logró verificar que se sintetizó dióxido de titanio en fase anatasa, y al no presenciar la existencia de otras fases, se comprueba el dopaje con hierro y silicio, al igual que con los resultados observados por Raman al no presentar bandas diferentes a las de anatasa. Las imágenes de TEM, principalmente las de alta resolución, indican que las muestras de TiO2 codopadas presentan morfología similar a la esférica y de tamaño nanométrico (4~10 nm), incluso con el tratamiento hidrotermal las partículas no crecieron significativamente. Con la técnica de microscopía electrónica de barrido (MEB) se observó la distribución elemental de los iones dopantes en las muestras, así como también apreciar la morfología de las muestras.