Articulos Síntesis de estructuras porosas de ZnIn2S4 acopladas con nanopartículas de Ag y estudio de su actividad fotocatalítica

Síntesis de estructuras porosas de ZnIn2S4 acopladas con nanopartículas de Ag y estudio de su actividad fotocatalítica

P. Barbosaa A. Zamoraa , I. Gómez oa,  T.Serranoa*.  

aUniversidad Autónoma de Nuevo León, UANL, Facultad de Ciencias Químicas, Av Universidad S/N Ciudad Universitaria San Nicolás de los Garza Nuevo León CP 66451 México.

*serrano.thelma@gmail.com

Resumen

 En este trabajo se presenta la síntesis de estructuras porosas ZnIn2S4 y Ag-ZnIn2S4: síntesis vía microondas en sistema abierto utilizando un sustrato de estructura carbonácea tipo grafítico. Se realizó también la fotodegradación de naranja de metilo bajo irradiación de luz visible como reacción de prueba para investigar la actividad fotocatalítica de los productos sintetizados. Se realizó SEM y UV-Vis para corrobar dicho producto obteniendo una longitud de onda de máxima absorción en 510nm y una Eg de 2.43eV para el ZnIn2S4. Para  Ag-ZnIn2S4  se obtuvó una longitud de onda de máxima absorción en 466nm y una Eg de 2.66 eV. Las estructuras  ZnIn2S4 presentaron un tamaño de 1μm con una mezcla de fase hexagonal  y cúbica  mientras Ag-ZnIn2S4  predomina la fase hexagonal, esto se comprobó mediante DRX. Los resultados de fotodegradación muestran una mayor actividad fotocatalítica para el Ag-ZnIn2S4 comparado con el ZnIn2S4 sintetizado vía microondas en sistema abierto.

Palabras clave: Síntesis microondas, Actividad  Fotocatalítica, ZnIn2S4 , Nanopartículas.

1. Introducción

La fotocatálisis se ha convertido en un método prometedor para degradación de contaminantes y generación de hidrógeno ya que es amigable con el medio ambiente y tiene propiedades reciclables[1].  

Los calcogenuros terciarios ABmCn (A= Cu, Ag, Zn, Cd; B=Al, Ga, In; C=S, Se, Te) han sido estudiados por sus características optoelectrónicas y catalíticas[2], entre ellos el ZnIn2S4 en su estructura hexagonal, la cual es termodinámicamente estable y presenta características de fotoluminiscencia y fotoconductividad[3], este conjunto de propiedades hacen al ZnIn2S4 atractivo para fotocatálisis[4].

A la fecha, se ha reportado en la literatura diferentes estructuras de ZnIn2S4 sintetizadas por una variedad de métodos                      tales como hidrotermal [3,5], solvotermal [4], microondas-solvotermal [2] y microondas-hidrotermal [10]. Entre estas, la síntesis asistida por microondas ha ganado popularidad en los últimos años ya que provee un calentamiento rápido y homogéneo en toda la muestra, obteniendo partículas con una distribución uniforme de tamaño y con propiedades fotocatalítica [6].

Ahora bien, se ha sintetizado ZnIn2S4 en forma de nanocristales[7], nanolistones[8], nanoalambres[9] y microesferas[2-4,10-12], entre otras; sin embargo las estructuras en las que predominan los poros, como en las microesferas, son las preferidas por su potencial fotocatalítico debido a su mayor área superficial, característica deseable para la fotocatálisis[10].

Los procesos de síntesis hidrotermal asistidos por microondas, son sistemas de alta presión y calentamiento rápido, sin embargo,  existen formas alternas de generar rampas de calentamiento rápidas e inducir microestructuras porosas, tal es el caso del uso de un lecho grafítico. Un ejemplo es el caso de Lu  y col.[13], quienes obtienen carburo de silicio mediante la colocación de esferas de silicio en un sustrato estructura carbonácea tipo grafítico (ECTG ) bajo irradiación de microondas.

Es por ello que el objetivo de este trabajo es la síntesis de estructuras porosas y mejorar su actividad fotocatálitica  mediante la adición de nanopartículas de Ag

2. Parte Experimental

2.1 Reactivos

Se utilizó Zn(OAc)2.2H2O [J.T. Baker 99.99%] , InCl3 [StreamChemicals 99.99%] , tioacetamida [Sigma-Aldrich 98%]  y AgNO3 [Sigma-Aldrich 99%] como precursores de Zn, In ,  S y Ag respectivamente; etanol [DEQ 99.6%], agua destilada , naranja de metilo , citrato de sodio [Sigma-Aldrich 99%]  y borohidruro de sodio[Sigma-Aldrich 99%].

2.2 Síntesis de ZnIn2S4

Para la síntesis en sistema abierto usando un sustrato ECTG se prepararon  soluciones de los precursores 3 mM Zn(OAc)2.2H2O, 6 mM InCl3 y 18 mM tioacetamida, y se agregaron 5 mL de cada uno a un vaso de precipitados de 50 mL. Se realizan reacciones con relaciones molares 1:2:6 respectivamente. Después se incorporó al sistema el sustrato ECTG, de aproximadamente 0.03 g. Se introdujó el sistema a un microondas convencional de 2.45 GHz de potencia, y se calentó por: 150 s. Posteriormente se dejó enfriar el vaso a temperatura ambiente y se recupera el producto lavando varias veces con etanol. Por último, se secó el producto a 70 °C en una plancha de calentamiento.

2.3 Síntesis de Ag-ZnIn2S4

Una vez obtenido el ZnIn2S4   se prepara 1 mM NaBH4  , 1 mM AgNO3 y 8 mM Citrato de sodio con relaciones 1:1:8 respectivamente para la preparación de nanopartículas de plata adicionando el producto obtenido previamente obtenido.

Después de preparar la solución de AgNO3 y CitNa se mezclaron añadiendo 100 mg de ZnIn2S4  a esta misma. Después se le agregó lentamente el  NaBH4 para la formación de Ag-ZnIn2S4 dejándose en agitación por 15 minutos. La síntesis se realizó en una relación 1:6 (en peso Ag: ZnIn2S4).

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