Nanoestructuras híbridas electrohiladas de ZnO modificado con TiO2 y C para aplicaciones fotocatalíticas: influencia de los parámetros operacionales en las propiedades morfológicas, estructurales, ópticas y actividad fotocatalítica

Abstract

En el presente trabajo doctoral un estudio de la morfología, estructura, propiedades ópticas, composición química superficial y actividad fotocatalítica de nanoestructuras de ZnO, ZnOTiO2 y ZnO-OGR fue realizado. Las nanoestructuras de ZnO y ZnO-TiO2 fueron fabricadas por la técnica de electrospinning empleando diferentes cantidades de precursor (acetato de zinc). Mientras que las nanoestructuras de ZnO-OGR fueron obtenidas mediante el crecimiento hidrotérmico de capas de semillas de ZnO-OGR fabricadas mediante electrospinning, variando la cantidad de OGR y el voltaje de electrohilado. En todos los casos se utilizaron como soporte sustratos de vidrio de óxido de estaño fluorado (FTO, por sus siglas en inglés). Las series de nanoestructuras de ZnO y ZnO-TiO2 fueron obtenidas a partir de fibras precursoras fabricadas por electrospinning con distintas razones másicas entre acetato de zinc y alcohol polivinílico (PVA), en la solución de hilado, de 1:2, 2:3, 1:1 y 3:2. Específicamente, las nanoestructuras de ZnO-TiO2 fueran obtenidas a partir de fibras precursoras de ZnO con nanopartículas de TiO2-P25 adheridas in-situ mediante fuerzas electrostáticas que se generan entre el colector de fibras y las nanopartículas debido al uso del campo eléctrico empleado en la técnica de electrospinning. Las fibras precursoras fueron calcinadas a 600ºC, en busca de obtener las nanoestructuras de ZnO y ZnO-TiO2 deseadas. Los análisis por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) revelan una relación entre la morfología de estas con la razón másica acetato de zinc/PVA, donde el tamaño promedio de las nanopartículas de ZnO que forman estas nanoestructuras se encontró entre 31 nm y 80 nm. Adicionalmente, los patrones obtenidos por difracción de rayos X (DRX) muestra la formación de nanoestructuras de ZnO con estructura hexagonal wurtzita y un pequeño pico correspondiente a la fase anatasa del TiO2 para el caso de las nanoestructuras de ZnO-TiO2.

In this present doctoral work, a study of the morphological, structural, optical properties, surface chemical composition and photocatalytic activity of ZnO, ZnO-TiO2 and ZnO-RGO nanostructures was carried out. The ZnO and ZnO-TiO2 nanostructures were fabricated by the electrospinning technique using different amounts of precursor (zinc acetate). Meanwhile, the ZnO-RGO nanostructures were obtained by hydrothermal growth of ZnO-RGO seeds layers fabricated by electrospinning, varying the RGO amount and the spinning voltage. In all cases, fluorine-doped tin oxide (FTO) glasses were used as supports. The series of ZnO and ZnO-TiO2 nanostructures were obtained from precursor fibers fabricated by electrospinning with different mass ratios between zinc acetate and polyvinyl alcohol (PVA), in the spinning solution, of 1: 2, 2: 3, 1: 1 and 3: 2. Specifically, ZnO-TiO2 nanostructures were obtained from these precursor fibers with commercial TiO2 (P25-Degussa) nanoparticles adhered in-situ by electrostatic attraction between the fiber collector and the nanoparticles due to the use of the electric field itself of The electrospinning technique. The resulting precursor fibers were subjected to a heat treatment by calcination at 600 ° C, in order to obtain the desired ZnO and ZnO-TiO2 nanostructures. Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis reveals a relationship between the morphology of the nanostructures with the mass ratio of zinc acetate / PVA, where the average diameter of ZnO nanoparticles that form these nanostructures ranged between 31 nm and 80 nm. In addition, X-ray diffraction analysis (XRD) shows the formation of ZnO nanostructures with wurtzite hexagonal crystalline structure due to the calcination process and a small peak corresponding to TiO2 anatase phase in the case of ZnO-TiO2 nanostructures.