Diseño y preparación de complejos inorgánicos heteronucleares, precursores de óxidos mixtos. Aplicaciones

Abstract

La presente tesis se centra en el diseño y preparación de complejos inorgánicos heteronucleares que actúan como precursores de óxidos mixtos. Se han sintetizado y caracterizado dos familias de materiales: por un lado, complejos de hexacianoferrato (III) de bismuto e itrio, a partir de los cuales se obtienen óxidos Bi1-xYxFeO3 (0 < x < 1) con estructura tipo perovskita mediante descomposición térmica controlada; por otro lado, complejos heteronucleares de tetracianozincato de zinc dopados con cerio, a partir de los cuales se obtienen óxidos Cex/2Zn2-xO2±δ (0 ≤ x ≤ 0,06) con estructura tipo wurtzita (análoga al ZnO). Ambas series de materiales fueron exhaustivamente caracterizadas mediante técnicas de análisis térmicos (análisis termogravimétrico TGA y térmico diferencial DTA) para determinar las condiciones óptimas de síntesis, difracción de rayos X de polvos (DRXP) para confirmar las fases cristalinas formadas, y espectroscopías vibracionales (infrarroja por transformada de Fourier y Raman) para identificar grupos funcionales y evaluar el orden estructural a nivel molecular. Se emplearon microscopía electrónica de barrido (SEM) acoplada a espectroscopía de dispersión de energía de rayos X (EDS) para estudiar la morfología de las partículas y su composición elemental, así como espectroscopía de fotoluminiscencia (PL) para analizar las propiedades ópticas de los óxidos resultantes. Adicionalmente, se realizaron medidas de transporte eléctrico en los materiales de estructura tipo perovskita para investigar sus mecanismos de conducción. Se observó que la sustitución parcial de Bi por Y en BiFeO3 modifica los parámetros de la celda unidad y las propiedades eléctricas del material. Asimismo, la técnica de síntesis y la incorporación de Ce en la red del ZnO generó alteraciones en la estructura cristalina, y produjo defectos estructurales (vacancias de oxígeno y zinc intersticiales) que afectan las propiedades del semiconductor observables por fotoluminiscencia. Finalmente, se evaluó la actividad fotocatalítica de los óxidos con estructura tipo wurtzita dopados con Ce en la degradación de contaminantes orgánicos en agua. Para ello se emplearon dos colorantes orgánicos modelo (azul de metileno y rodamina B) y se estudió su degradación bajo irradiación de luz ultravioleta y luz solar en presencia de los fotocatalizadores sintetizados. Se optimizaron parámetros experimentales como la concentración del colorante, cantidad de catalizador, el pH y la intensidad luminosa, y se analizó el mecanismo de adsorción de las moléculas orgánicas sobre la superficie de los fotocatalizadores y su posterior fotodegradación. En conjunto, los resultados de esta tesis demuestran la viabilidad de emplear complejos heteronucleares como precursores para la obtención de óxidos mixtos con estructuras cristalinas controladas y propiedades funcionales ajustables mediante dopaje. El estudio integral de la relación entre la composición química, la estructura y las propiedades resultantes (ópticas, eléctricas y catalíticas) permitió identificar estrategias para el diseño de nuevos materiales inorgánicos avanzados. En particular, las mejoras observadas en la actividad fotocatalítica bajo iluminación solar posicionan a estos óxidos dopados como candidatos promisorios para aplicaciones en remediación ambiental y aprovechamiento de energías renovables. De este modo, la presente investigación aporta conocimientos relevantes para el desarrollo de materiales funcionales orientados a la protección del medio ambiente a través de procesos fotocatalíticos eficientes.