Efecto del grosor de la película delgada de SnO2 sobre las propiedades estructurales, ópticas y eléctricas de las bicapas sustrato/SnO2(x)/TiO2 y sustrato/TiO2/SnO2(x)

Películas delgadas de óxidos semiconductores de TiO2, SnO2 y bicapas TiO2 / SnO2 fueron depositadas por la técnica de pulverización catódica DC (Sputtering), en sustratos de vidrio y alúmina. Primeramente, han sido estudiadas las películas delgadas (TiO2, SnO2), variando los parámetros de crecimiento como presión de trabajo y tiempo de crecimiento con el fin de determinar los parámetros adecuados para el crecimiento de las heteroestructuras, y considerando dos tipos de configuraciones como son sustrato/TiO2/SnO2 y sustrato/SnO2/TiO2. Todas las películas fueron tratadas térmicamente a 500 °C en ambiente de aire durante dos horas con el fin de obtener la cristalinidad de las películas. El análisis estructural por difracción de rayos X (DRX) de las películas revela una estructura de fase anatasa tetragonal para TiO2 y un tipo de rutilo tetragonal para SnO2, las cuales fueron mantenidas en las heteroestructuras (TiO2 / SnO2). Es utilizado el método de Rietveld para encontrar los parámetros de red y el tamaño de los cristalitos. Las medidas Raman realizadas para TiO2 y las heteroestructuras sustrato/TiO2/SnO2 confirman los resultados obtenidos por DRX. Fue determinado el parámetro de rugosidad de las películas de TiO2 a través de las medidas de Microscopía de Fuerza Atómica (MFA), el cual está relacionado con el efecto de la presión de trabajo mantenido durante el crecimiento de las películas. Se realizaron medidas ópticas con el espectrofotómetro ultravioleta visible (UV-Vis), obteniendo la transmitancia de las películas y utilizando el método de las envolventes, es estimada el espesor de las películas (SnO2, TiO2), que tiende a un aumento con el tiempo de crecimiento y con la presión de trabajo; utilizando la técnica de Tauc es determinado la energía de banda prohibida óptica de TiO2 fase anatasa (transición indirecta) y SnO2 (transición directa) y también de las heteroestructuras. También son realizadas las medidas eléctricas utilizando la técnica de Van der Pauw; las heteroestructuras presentan menor resistencia superficial en comparación con las de un solo óxido (SnO2). Las medidas de fotocorriente fueron realizadas utilizando la fuente UV-A, donde las heteroestructuras más delgadas presentan mayor respuesta. De la misma forma, es encontrado que las heteroestructuras sustrato/TiO2/SnO2 tienen mejores respuestas de detección a gases como el etanol y gas licuado de petróleo (GLP), a la temperatura ambiente, en comparación de un solo óxido (SnO2), debido a la mayor modulación de corriente a través de la barrera de heterounión que se forma en la interfaz de la heteroestructura (TiO2 / SnO2)

Efecto del ángulo oblicuo de vapor sobre el comportamiento de recubrimientos tipo barrera térmica de circonia estabilizada con Itria (YSZ) obtenidos por pulverización catódica.

La circonia estabilizada con itria ZrO2-Y2O3 (YSZ1) es un material utilizado en diversas aplicaciones tecnológicas debido a sus propiedades físicas y químicas relevantes, ya que este tipo de óxido cerámico es un buen conductor del ion oxígeno, posee un alto coeficiente de expansión térmica combinado con una baja conductividad y una alta estabilidad química, lo que lo convierte en el material más comúnmente utilizado como recubrimiento de barrera térmica. La búsqueda de métodos para incrementar su potencial aislante sin detrimento de sus ventajas como recubrimiento, fueron determinantes para proponer como alternativa ante esta necesidad, la modificación de la microestructura de crecimiento de este tipo de recubrimientos, puesto que una forma efectiva de disminuir el valor de la conductividad térmica es incrementar los centros de dispersión de fonones al interior del material. La motivación de la presente tesis doctoral, fue explotar el gran potencial de recubrimientos de YSZ, aprovechando el grado de control superior que ofrece la técnica magnetron sputtering, sumado al efecto que tiene el ángulo incidente de vapor, sobre la microestructura del recubrimiento obtenido y su influencia sobre las propiedades del material, con el fin de ampliar el conocimiento acerca del comportamiento de estos sistemas a baja dimensionalidad

Diseño de materiales basados en TiO2 modificados con Ga2O3 y WO3, en aplicaciones ambientales fotocatalíticas: producción de H2 y oxidación de As(III)

En el presente proyecto de investigación doctoral se detallan los resultados obtenidos en la producción de hidrógeno vía water-splitting y la oxidación fotocatalítica de As(III) en medio acuoso. Se sintetizaron materiales de dióxido de titanio (TiO2) modificados con óxido de galio (Ga2O3) y óxido de tungsteno (WO3) mediante el método sol-gel y el método hidrotermal. Estos materiales fueron etiquetados como: 3(TGa3), 5(TGa5) y 10%(TGa10) con respecto al porcentaje de Ga2O3 y como: 1(TW1), 3(TW3) y 5%(TW5) en peso de WO3 añadido. Con el propósito de estudiar sus propiedades estructurales, texturales, ópticas y morfológicas, los materiales se caracterizaron por medio de las técnicas de difracción de rayos-X (XRD), adsorción de N2, espectroscopia de reflectancia difusa (DRS), microscopia electrónica de barrido (SEM), microscopia electrónica de transmisión (TEM) y caracterización electroquímica. La evaluación de la actividad fotocatalítica de los materiales modificados con Ga2O3 se llevó a cabo a partir de la producción de H2 bajo luz UV. Los resultados experimentales indicaron una tasa de producción máxima de 1217 μmol g-1; adicionalmente se observó que el fotocatalizador TGa5 tenía una mayor actividad fotocatalítica en comparación con los materiales de prueba TiO2 y Ga2O3. La actividad mejorada de H2 utilizando el material TGa5 se pudo atribuir a la sinergia en las características químicas y morfológicas, así como a la baja recombinación de los portadores de carga e--h+, los cuales mejoran la transferencia de carga interfacial. Los materiales acoplados WO3/TiO2 fueron probados en la oxidación de As(III) en As(V) bajo luz UV durante 1 h. Los resultados indicaron que a un pH inicial de 7 se obtiene una mayor conversión de As(III) en As(V). Se demostró además que cuando el WO3 se encuentra sobre la fase anatasa del TiO2 presenta una mayor actividad oxidativa, en comparación con la fase rutilo. La mayor conversión de As(III) se logró dentro de los primeros 25 minutos cuando se utilizó el material TW3, alcanzando una conversión del 98% en As(V). Estos resultados indican que la adición de WO3 mejoró significativamente la capacidad de fotooxidación de las muestras TW en comparación con el material TiO2.In this doctoral research project, the results obtained in the production of hydrogen via water-splitting and the photocatalytic oxidation of As(III) in an aqueous medium are detailed. Gallium oxide (Ga2O3) and tungsten oxide (WO3) modified titanium dioxide (TiO2) materials were synthesized by the sol-gel method and the hydrothermal method. These materials were labeled as: 3(TGa3), 5(TGa5) and 10%(TGa10) with respect to the percentage of Ga2O3 and as: 1(TW1), 3(TW3) and 5%(TW5) by weight of added WO3. In order to study their structural, textural, optical and morphological properties, the materials were characterized by means of X-ray diffraction techniques (XRD), N2 adsorption, diffuse reflectance spectroscopy (DRS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and electrochemical characterization. The evaluation of the photocatalytic activity of the materials modified with Ga2O3 was carried out from the production of H2 under UV light. The experimental results indicated a maximum production rate of 1217 μmol g-1; additionally it was observed that the TGa5 photocatalyst had a higher photocatalytic activity compared to the TiO2 and Ga2O3 test materials. The improved H2 activity using the TGa5 material could be attributed to the synergy in the chemical and morphological characteristics, as well as the low recombination of e--h+charge carriers, which improve the interfacial charge transfer. Coupled WO3/TiO2 materials were tested for oxidation of As(III) to As(V) under UV light for 1 h. The results indicated that at an initial pH of 7 a higher conversion of As(III) to As(V) is obtained. It was also shown that when WO3 is on the anatase phase of TiO2 it has a higher oxidative activity, compared to the rutile phase. The highest conversion of As(III) was achieved within the first 25 minutes when the material TW3 was used, reaching a conversion of 98% in As(V). These results indicate that the addition of WO3 significantly improved the photo-oxidation capacity of the TW samples compared to the TiO2 material

Diseño de una ánodo modificado con nanopilares de óxido de zinc y manopartículas de oro para su empleo en celdas fotoelectroquímicas

El tema de investigación que se desarrolló está ligado con el diseño del ánodo de una celda fotoelectroquímica para lograr una mayor eficiencia en la conversión de energía de estos dispositivos. En esta propuesta, se plantea la construcción de un ánodo modificado empleando nanopilares del semiconductor óxido de zinc (ZnO) y nanopartículas de oro (Au) sobre un electrodo de óxido de indio-estaño (ITO), para incrementar el transporte electrónico y disminuir el fenómeno de recombinación de pares electrón-hueco. La efectividad de las celdas fotoelectroquímicas dependerá de varias cosas, entre las que se encuentran la morfología y tamaño de las nanopartículas de Au y los nanopilares de ZnO. Se proyectó generar este ánodo empleando métodos electroquímicos, el cual disminuirían costos, se obtenga de una manera fácil y rápida, que a su vez mejore la eficiencia del trasporte electrónico, para poder emplearse en la construcción de un sistema fotoelectroquímico. Se considera el electrodepósito de nanopilares de ZnO recubiertos por nanopartículas de Au para incrementar los excitones fotogenerados. Para ello, se proponen la variación de condiciones para el diseño y construcción del ánodo, donde todos los sistemas propuestos requieren de un estudio de caracterización morfológica, topográfica, electrónica y óptica, además de un análisis del desempeño del ánodo diseñado por técnicas electroquímicas

Evaluación de la resistencia a la corrosión de recubrimientos de ZrOxNy sobre acero inoxidable y/o silicio mediante técnicas electroquímicas

Se hicieron crecer películas de oxinitruro de zirconio ZrOxNy sobre tres sustratos diferentes: acero inoxidable, Si (100) y vidrio, empleando tres técnicas distintas: spray pirólisis-nitruración (UPS-N), sputtering con radiofrecuencia (RF) y sputtering DC con magnetrón desbalanceado. Para cada una de ellas se optimizó las condiciones de depósito y se estudió la influencia de las mismas en las características estructurales y morfológicas del recubrimiento. Adicionalmente, se realizó la evaluación de la resistencia a la corrosión de las películas depositadas por los tres métodos en condiciones óptimas. Las películas crecidas mediante UPS-N presentan una estructura de zirconia tetragonal policristalina, con orientación preferencial en el plano (101), la cual, después de ser nitrurada en atmósfera de amoniaco anhidro a 1023K sufre dos procesos: una transición de la fase tetragonal a monoclínica y formación del oxinitruro de zirconio ZrOxNy policristalino con estructura romboédrica. Mediante sputtering RF crecen películas de oxinitruro de zirconio, con estructura monoclínica y orientación preferencial lo largo de los planos (-111) y por sputtering DC con magnetrón desbalanceado, la estructura es cúbica y el crecimiento preferente sobre el plano (222). Se demostró, a partir de las tres técnicas, que la estructura cristalina del recubrimiento depositado, depende de las condiciones de depósito y que el sustrato no ejerce influencia alguna sobre la misma. La funcionalidad de los recubrimientos, evaluada a partir de pruebas de corrosión, mediante las técnicas electroquímicas de polarización potenciodinámica y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), en NaCl al 3,5 % a temperatura ambiente muestra que el orden de resistencia a la corrosión es sputtering DCsputtering RFspray pirólisis-nitruración. Adicionalmente, en las películas de oxinitruro de zirconio depositadas por la técnica de sputtering RF, se estableció a partir de un estudio preliminar de biocompatibilidad, que las películas tienen una superficie más favorable que el sustrato (acero inoxidable 316L) para la adhesión y proliferación de células óseas de ratones de linaje lactantes. La adhesión y proliferación se incrementa en aproximadamente un 64% cuando el acero inoxidable 316L está recubierto con una película delgada ZrNxOy. La adhesión y proliferación de células es esencial en el proceso de osteointegración en la interfase tejido-biomaterialAbstract. Thin films of zirconium oxynitride were grown in three different substrates: stainless steel, Si (100) and common glass, using three different techniques: spray pyrolysis, nitriding (UPS-N), sputtering with radio frequency ( RF) and unbalanced magnetron sputtering DC. Each technique was optimized for the deposition conditions and the influence was studied in the same structural and morphological characteristics of the coating. Additionally, evaluation was made of corrosion resistance of the films deposited by the three methods in optimal conditions. The films obtained by the method of UPS-N have tetragonal zirconia polycrystalline structure with a preferential orientation in the plane (101), the film, after being nitrided in anhydrous ammonia atmosphere at 1023K passes through two processes: a transition from tetragonal to monoclinic phase, and the formation of zirconium oxynitride ZrOxNy. When using the RF sputtering method, grew zirconium oxynitride films ZrOxNy monoclinic phase, with preferential orientation along planes (-111) and using the unbalanced magnetron sputtering DC oxynitride films grow in phase cubic, with preferred orientation along the planes (222). It was demonstrated, from the three techniques, that the crystalline structure of the layer deposited depends on the deposition conditions and the substrate has no influence on the structure. The utility of the coating is made from the corrosion test between electrochemical potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). In solution of NaCl 3.5% with respect to environment temperature, it can be seen that the order of corrosion resistance is: DC sputtering RF sputtering Spray Pyrolysis-nitriding. Furthermore, the zirconium oxynitride films deposited by RF sputtering technique, was established from a preliminary study of biocompatibility, the films have a more favorable surface on the substrate (316L stainless steel) for the adhesion and proliferation Mouse bone cell lineage infants. Increased adherence and proliferation is approximately 64% when the 316L stainless steel is coated with a thin film ZrOxNy. The adhesion and cell proliferation are essential for osseo-integration at the tissue-biomaterial interface.Doctorad

Degradación fotocatalítica de ácido 2,4-diclorofenoxiacético, 4-clorofenol y fenol en medio acuoso utilizando materiales de TiO2 y TiO2-SnO2

El fotocatalizador que exhibió la mejor actividad catalítica fue el que contiene1%molde estaño comparado con 0.1,0.5, 3 y 5%mol de estaño y las referencias de TiO2y SnO2.En la segunday terceraparte del trabajose muestran los resultados delosfotocatalizadores deTiO2dopadoscon1, 3 y 5%mol de SnO2utilizandodos distintosprecursores(SnCl2◦2H2O y SnCl4◦5H2O)que proporcionaniones estaño con distinto estado de oxidación (Sn2+y Sn4+).Las muestras de TiO2dopadas conSn2+y Sn4+,presentaron modificaciones con respecto a *Degradar: Trasformar una sustancia compleja en otra u otras de estructura más sencilla. nuestra referencia de TiO2. La evaluación fotocatalítica de ambas series de fotocatalizadores se realizómediante la mineralizaciónde 4-clorofenol y fenol bajo luz UV. Ambas series muestran queel fotocatalizadormás activo,en la mineralización de los contaminantes antes mencionados,es el que contiene1%mol comparado con 3 y 5%mol (Sn2+y Sn4+) y con las referenciasde TiO2y SnO2.Todas las reacciones en los distintos sistemas fueron seguidas por medio de espectroscopia UV-Vis y por carbón orgánico total(COT). Los resultados obtenidos dela caracterización en los distintos sistemas fueron propuestoslosposiblesmecanismosde reacción por el cual se degradanlos contaminantes orgánicosutilizandola muestra más activa.Los tratamientos al degradar*contaminantes orgánicos en aguas residuales producidos para laelaboración de fármacos, cosméticos, colorantes sintéticos, petroquímicos, pesticidas y fungicidas, como el ácido 2,4-diclorofenoxiacético(2,4-D), 4-clorofenol y fenol han sido insuficientespara su total eliminación en medio acuoso. En este trabajo de tesis se presenta el estudio de la eliminación de estos contaminantes utilizando fotocatalizadores de TiO2dopado con SnO2obteniendo resultados importantes.En el presentetrabajo se sintetizarondistintos fotocatalizadores de dióxido de titanio (TiO2), dióxido de estaño (SnO2)y TiO2dopadoscon diferentes concentraciones molares(%mol)de SnO2, utilizando diferentesprecursores (alcóxido y cloruros de estaño) mediante el método sol-gel.Las propiedades químicas, estructurales, texturales, morfológicas y ópticas de los múltiplesfotocatalizadoresantes mencionados fueron caracterizados por diferentestécnicas: Análisis termogravimétrico,Análisis térmico diferencial, Difracción de rayos-X,Refinamiento Rietveld, Espectroscopiade fotoelectrones deRayos-X, Espectroscopia Raman, Fisisorción de N2, Espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier-Piridina,Espectroscopia de Reflectancia difusa (UV-Vis), Microscopia electrónica de barrido(SEM)y Microscopia electrónica de transmisiónde alta resolución(HRTEM). En la primera parte de este trabajo se describe la síntesis delos distintosmateriales de TiO2dopadocon 0.1, 0.5, 1, 3 y 5%mol de estaño utilizando tert-butóxidode estaño(IV)como fuente de estaño (Sn4+)y las referencias puras de TiO2y SnO2. La información obtenida,mediante las técnicas de caracterización enmuestras dopadas,exhibieron quelas propiedades de TiO2se perturbanpor la adiciónde Sn4+. La evaluación fotocatalítica esdeterminada por medio de la mineralizaciónde 2,4-D bajo luz UV

Procesos de Oxidación avanzada en el tratamiento de agua

A lo largo de este libro diversos autores especializados exponen el tema permitiendo al lector encontrar desde principios básicos, hasta aplicaciones de procesos, resultando ser una fuente de consulta con una visión amplia de los procesos de oxidación avanzada y sus aplicaciones dentro del tratamiento de agua.El agua es un líquido vital, sin ella no podemos subsistir. Además de usarla en nuestro hogar, se utiliza en gran variedad de procesos industriales para la transformación de materias primas en productos terminados. El agua usada industrialmente cambia su composición fisicoquímica, ya que agregamos un sinfín de compuestos orgánicos e inorgánicos. Por ello, es necesario desarrollar nuevas metodologías que permitan de manera segura y eficiente recuperar la calidad del agua usada originalmente para poder usarla.Universidad Autónoma del Estado de Méxic