Nanotubos de TiO2 dopados con Fe, obtenidos por anodización electroquímica

Abstract

At present, nanostructures such as titanium dioxide nanotubes (TNT) have received great attention due to their high photocatalytic activity, high oxidation capacity and chemical stability, among others. These characteristics have turned the TNT into potential candidates for numerous applications, specifically in solar energy systems and photovoltaic devices. One of the important properties of TNT is photocatalytic, since they have a low band gap (3.0 eV of rutile band gap and 3.2 eV of anatase), which restricts its activity exclusively in the ultraviolet range (UV, ? < 380 nm) limiting its efficient use in the visible range. Electrochemical anodization is a viable alternative for obtaining these nanostructured materials, because it is an efficient, low invesion process with high control of variables such as diameter, thickness, length and concentration of dopant. In this last aspect, the iron dopant (Fe) promotes that the TNT has a better response to visible light. Thus, this research focuses on the synthesis, characterization, and modification of TNT doped with Fe (Fe-TNT) via electrochemical anodization, incorporating in situ the Fe in the TNT; to create a photoresist in the visible range. Fe-TNT were elaborated varying the concentrations of Fe in the electrolyte, which were 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 1.2 and 2.4 of percent by weight (wt%).

En la actualidad, las nanoestructuras como los nanotubos de dióxido de titanio (TNT) han recibido gran atención debido a su alta actividad fotocatalítica, elevada capacidad de oxidación y estabilidad química, entre otras. Estas características han convertido a los TNT en candidatos potenciales para numerosas aplicaciones, específicamente en sistemas de energía solar y dispositivos fotovoltaicos. Una de las propiedades importantes de los TNT es la fotocatalítica, ya que poseen una banda gap baja (3.0 eV de banda gap del rutilo y 3.2 eV de la anatasa), lo que restringe su actividad exclusivamente en el rango ultravioleta (UV, ?<380 nm) limitando su uso eficiente en el rango visible. Una alternativa viable para la obtención de estos materiales nanoestructurados es la anodización electroquímica, debido a que es un proceso eficiente, de baja inversión y con alto control de las variables como, diámetro, espesor, longitud y concentración de dopante. En este último aspecto, el dopante de fierro (Fe) promueve que el TNT tenga una mejor respuesta a la luz visible. Así, esta investigación se enfoca a la síntesis, caracterización, y modificación de TNT dopados con Fe (Fe-TNT) vía anodización electroquímica, incorporando de manera in-situ el Fe en los TNT; para crear una fotorespuesta en el rango visible. Se elaboraron Fe-TNT variando las concentraciones de Fe en el electrolito, las cuales fueron 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 1.2 y 2.4 de porcentaje en peso (wt%).