La relación nanoestructura-propiedades ópticas en películas delgadas formadas mediante síntesis química

Abstract

This work deals with the nanostructural control of TiO2–anatase particles by two low temperature chemical synthesis methods, in aqueous and non–aqueous solution. Ultrafine anatase nanoparticles (∼ 4 nm) were obtained and such particles are used to form thin films by the flow coating method. The main goal of this research consists of the nanostructural control of high crystallinity and nanogranular titania thin films, that exhibit the intrinsic quantum size effect. Extremely small, thermostable and highly crystalline anatase nanopowder are obtained via low temperature (90◦C) sol–gel aqueous acidic synthesis, using as precursor Ti(OBu)4 and a mix of acids (nitric and acetic acid). Nitric acid is used as peptizing agent, while the acetate group is coordinated with Ti, forming a bidentate ligand. The chemistry of acetate carboxylate group formed by the addition of acetic acid during the sol-gel aqueous acidic process, is investigated by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). An excess of acetic acid brings about a higher concentration of the bidentate complex, leading to a higher crystallinity of the anatase, limiting particle size and retarding anatase-rutile transformation temperature.

Esta tesis presenta el control nanoestructural de nanopartículas de anatasa (TiO2) a través de rutas de síntesis química en solución de baja temperatura en medio acuoso y no–acuoso; así como también, el uso de partículas ultra finas (∼ 4 nm) para la formación de películas de TiO2 con diferentes niveles de porosidad, generados con el método de recubrimiento por flujo, que presentan una alta dependencia con las propiedades ´ópticas. Entonces, la principal meta de este trabajo de investigación es el control estructural de películas nanogranulares de titania de alta cristalinidad y tamaños de partícula menores a 10 nm, que implícitamente muestran el efecto de tamaño cuántico. Nanopolvos de anatasa extremadamente pequeños con una relación de aspecto de 1.9, termoestables y altamente cristalinos se obtuvieron mediante síntesis sol–gel acuosa de baja temperatura (90 ◦C), partiendo de Ti(OBu)4 como precursor y una mezcla de ´ácidos (ácido nítrico y acético). El ácido nítrico se usó como un agente peptizante, mientras que el grupo acetato se coordinó con el Ti, formando un ligando bidentado. En este sentido, la química del grupo acetato carboxilato formado por la adición de ´ácido acético durante el proceso sol–gel ´acido acuoso se investigó por espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (IRTF). Un exceso de ´ácido acético induce una alta concentración del complejo bidentado, lo que promueve una alta cristalinidad en la anatasa, limita el tamaño de partícula y retarda la temperatura de transformación anatasa–rutilo.