ESTUDIO DE NANOPARTÍCULAS DE ZnSe y ZnSe/ZnO PARA SU APLICACIÓN EN FOTOCATÁLISIS AMBIENTAL

Abstract

En el presente trabajo se estudiaron las propiedades fisicoquímicas de las nanopartículas de ZnSe, ZnO, ZnSe X%Zn y ZnO X%Se sintetizadas por el método de coprecipitación. Inicialmente, se evaluó la dependencia del precursor de Zn en las propiedades fisicoquímicas del ZnO y ZnSe en fases puras, respectivamente. Para ello, utilizando acetato de zinc hexahidratado y nitrato de zinc dihidratado. Los resultados mostraron un tamaño de cristalito de ~ 4.5 nm, y una morfología tipo hojuelas para el ZnSe sintetizado con nitrato de Zn; mientras que el ZnSe preparado con acetato de zinc, presentó tamaño de cristalito de ~ 5.1 nm con una morfología de tipo coral. La actividad fotocatalítica en la degradación de rodamina B (RhB) fue similar en ambos compuestos (~ 89 %), mostrando un alto porcentaje de adsorción de RhB (~ 50 %) durante la prueba en oscuro. Por otra parte, cuando el ZnO se sintetizó con acetato y nitrato de zinc, se observó que la actividad fotocatalítica depende fuertemente del precursor de Zn. El ZnO sintetizado con acetato de Zn no muestra actividad fotocatalítica. Además, se realizó un estudio de la actividad fotocatalítica del ZnSe (fase pura) y ZnSe:Se para la producción de hidrógeno, donde se evidencio que el ZnSe con trazas de Se presentó una actividad fotocatalítica mejorada, ya que el Se actúa como co-catalizador para separar de forma eficiente los portadores de carga electrón-hueco. Por otra parte, el diseño de las heterouniones ZnO/ZnSe se estudió bajo diferentes escenarios: variando la relación molar de Zn en una matriz de ZnSe (ZnSe X%Zn), y variando la relación molar de Se en una matriz de ZnO (ZnO X%Se). Los patrones de difracción evidencian que conforme se varia la concentración de Zn y Se se forma la heterounión ZnO/ZnSe en diferentes porcentajes de fase, respectivamente. Particularmente, el área superficial es mucho mayor cuando la fase es predominantemente ZnSe (aglomerados de nanopartículas esféricas, ???? = 110.7 ?2/? ), en comparación con el ZnO (nanotubos, ???? = 12.5 ?2/?). Las propiedades ópticas fueron evaluadas mediante espectroscopia UVVis, evidenciado el cambio en el borde de absorción conforme se transforma la fase de ZnSe a ZnO, o viceversa. Espectroscopia de impedancia electroquímica fue utilizada para evidenciar la fotosensibilidad de las nanopartículas bajo luz solar simulada; mediante las curvas de Mott-Schottky se logró determinar el potencial de banda plana (??? ) y con ello establecer un diagrama de bandas. Lo anterior, con la finalidad de mostrar el mecanismo fotocatalítico de las reacciones óxido-reducción para la degradación de un colorante (RhB); así como para mostrar la producción de hidrógeno (H2) a partir de la separación de la molécula de agua. Particularmente, las nanopartículas ZnO 40%Se, presentaron la mayor eficiencia fotocatalítica (709 μmol/g) para la producción de H2, siendo este valor superior a lo reportado en la literatura sin el uso de agentes de sacrificio.