Síntesis y caracterización de películas de WO3/BI2O3 sobre sustratos de acero y vidrio conductor (FTO) para aplicaciones fotoelectrocatalíticas en la degradación oxidativa de anaranjado de metilo

Abstract

En la primera parte de la presente investigación se sintetizaron películas de (WO3)n mediante la metodología Sol–Gel por técnicas de recubrimiento por inmersión (“dip coating”) utilizando Na2WO4 como sal precursora para formar el ácido politúngstico ((WO3)n.nH2O), el cual por deshidratación formó el óxido ((WO3)n que se depositó en dos sustratos diferentes: acero inoxidable 316L y vidrio conductor FTO (Fluorine doped Tin Oxide), los cuales fueron depositados bajo las mismas condiciones experimentales y posteriormente sometidos a sinterización a 400 °C por lapso de 30 minutos para ambos casos. Se observó que la película de (WO3)n depositada sobre acero presentó mayor densidad de fotocorriente generada de 133 µAcm-2, frente a 29 µAcm-2 para la película de (WO3)n medida por voltametría cíclica en un potenciostato (AUTOLAB PGSTAT302N) frente a la película soportada en FTO. Las películas fueron caracterizadas mediante técnicas de Espectroscopía Infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), utilizando el espectrofotómetro FTIR SHIMADZU IR PRESTIGE 21 para reconocer los enlaces W-O-W (826 cm-1), existentes sobre la superficie del FTO y enlaces W-O-W (652 cm-1), W=O (953 cm-1), W-O (1414 cm-1) y la vibración O-H (2338 cm-1) existentes sobre la superficie del acero; Espectroscopía Raman a 532 nm para confirmar estiramientos simétricos de los enlaces W-O que no pudieron ser identificados claramente por FTIR; Difracción de Rayos X (DRX) para confirmar la estructura cristalina de las películas, encontrando una estructura predominantemente monoclínica cuya estructura base corresponde a WO3, y un estimado aproximado de tamaño de cristalito de 27,4 nm determinado mediante la ecuación de Debye Scherrer y Energía Dispersiva de Rayos X (EDX) para el análisis elemental, arrojando una composición centesimal de 77,7 % en masa de W correspondiente a la fórmula empírica de WO3 y finalmente un análisis morfológico por Microscopía de Barrido Electrónico (SEM) que mostró la formación de capas (películas) con nanostructuras cuyo tamaño de partícula no uniforme oscilan entre 50 y 100 nm las mismas que quedaron fuertemente adheridas a la superficie del sustrato. En la segunda parte de la investigación sintetizaron películas de (WO3)n mediante el método electroquímico, la electrodeposición se realizó partiendo de una solución acuosa de Na2WO4 como sal precursora y a pH ácido. Se realizaron voltametrías cíclicas antes de iniciar la electrodeposición para obtener la zona de electrodepósito y luego se realizó la electrodeposición a -0,8 V vs. Ag/AgCl durante diferentes tiempos (300 s a 1800 s). El barrido se realizó en un potenciostato/galvanostato de Metrohm Autolab PGSTAT 302N. En la síntesis de películas de Bi2O3 se utilizó como material precursor el Bi2Se3 para después de realizar un tratamiento térmico transformándolo en el óxido metálico. Para la electrodeposición del precursor de Bi2O3 se partió de una solución electrolítica que contenía Bi2O3 y SeO2 en medio HNO3 La electrodeposición se realizó por voltametría cíclica en un rango de potencial de 0 V a -0,8 V realizando cinco ciclos y posteriormente se realizó una cronoamperometría a -0,1 V, ello se trabajó a diferentes tiempos para formar el Bi2Se3. Finalmente, por tratamiento térmico a 600°C se formó la película de Bi2O3. Por último, la película sometida al tratamiento térmico terminó siendo anodizada a 2 V vs. Ag/AgCl durante 30 minutos bajo iluminación con una lámpara LED UV con una longitud de onda de 365 nm y 7 W de potencia. Las películas fueron caracterizadas con las mismas técnicas descritas anteriormente, observando que las películas de WO3/Bi2O3 presentaron mayor estabilidad frente al desgaste y proporcionaron la mayor densidad de fotocorriente frente a las películas sintetizadas por sol-gel, siendo de 1,29 mA/cm2