Desarrollo de nanomateriales de TiO2/BiFeO3 y su evaluación fotocatalítica

Abstract

En este trabajo se muestran los resultados obtenidos de la síntesis, caracterización y evaluación fotocatalítica de los compósitos formados de TiO2 y BiFeO3 desarrollados por medio de los métodos Pechini y sol-gel. La naturaleza y cantidad de las diferentes fases presentes se vieron modificadas debido a la variación en la temperatura de tratamiento térmico a 400, 500 y 600 °C. El análisis cualitativo y cuantitativo de las estructuras cristalinas de los polvos fue realizado por difracción de rayos-X y la técnica de refinamiento Rietveld. La morfología de los polvos fue observada por microscopia electrónica de barrido (MEB) y microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (MET-AR). La energía de banda prohibida (Eg) se determinó por espectrofotometría UV-Vis. El área superficial específica de las muestras se determinó usando el método de Brunauer, Emmett y Teller (BET). Los difractogramas exhibieron una sola fase de BiFeO3, sin la presencia de fases secundarias. En el caso del TiO2 una combinación de las fases anatasa y rutilo fue observada, para el caso de los compósitos TiO2/ BiFeO3 se presentó la anatasa como única estructura cristalina del TiO2 en todas las muestras, pero con el proceso de post-calcinación aparecieron fases secundarias como Bi2Fe4O9, β-Bi2O3 y Fe2O3. Los resultados de MET-AR confirmaron los resultados obtenidos. El área superficial específica mostró una disminución con el incremento de la temperatura de calcinación de 43 a 8 m2/g, pero aumentó a mayor contenido de TiO2, lo cual favoreció el proceso de degradación. Los compósitos mostraron un Eg menor al TiO2, variando en orden de magnitud de 2.13 a 2.23 eV, teniendo una mejor respuesta en la región visible del espectro electromagnético. Finalmente, los mejores resultados fueron obtenidos mediante los compósitos 50%TiO2/50%BiFeO3 a 500 °C en la fotodegradación de 4-clorofenol activándolos mediante luz UV.