Síntesis rápida y aplicación fotocatalítica de prismas rectangulares de perovskita CaTiO3

Abstract

"El titanato de calcio con fórmula química CaTiO3, es un material semiconductor que presenta una estructura tipo perovskita, y cuyas aplicaciones en los años recientes se han enfocado a aprovechar las propiedades catalíticas de este material, principalmente en procesos de reducción fotocatalítica como la producción de H2 mediante la disociación fotocatalítica del agua. Sin embargo, el estudio de este material y sus aplicaciones se ha visto limitado por la falta de un proceso de síntesis rápido y eficiente que permita obtener el sólido de manera sencilla, ya que los métodos empleados hasta ahora, requieren por lo general de largos tiempos de reacción que van desde 15 hasta más de 48 horas, de temperaturas hasta de 1100°C, y/o del uso de precursores de alto costo. En el presente trabajo de tesis se ha desarrollado un método hidrotérmico asistido por microondas (MHAM), mediante el cual se obtuvo CaTiO3 con alta cristalinidad en tan sólo 4 horas de reacción. Más aún, el material obtenido presenta partículas con morfología uniforme de prismas rectangulares perfectamente facetados, evidenciando que la radiación por microondas no solo contribuye a una disminución en el tiempo de reacción, sino que también promueve la formación de partículas con forma específica a través de un proceso de acoplamiento orientado. El proceso de formación de los prismas rectangulares de CaTiO3 se estudió mediante la variación de parámetros de síntesis como el tiempo y la temperatura de reacción, así como la concentración de especies reactantes. El efecto de cada uno de estos parámetros se determinó a través de las técnicas de caracterización utilizadas, como difracción de rayos X, microscopía electrónica tanto de transmisión como de barrido y espectroscopía de reflectancia difusa. Finalmente, se propone una aplicación alternativa para el CaTiO3 sintetizado, que consiste en la foto-inactivación de marea verde, aplicando el mecanismo fotocatalítico. Los resultados obtenidos demuestran que los prismas rectangulares obtenidos presentan propiedades interesantes para su uso en la descontaminación del agua, una aplicación donde el CaTiO3 ha sido escasamente estudiado."

"Calcium titanate with chemical formula CaTiO3, is a semiconductor material with perovkite-like structure, whose applications in recent years have been focused to taking advantage of its catalytic properties, primarily to the production of hydrogen from water and solar light through the water splitting process. Nonetheless, the study of this material and its applications has been limited due to the lack of a rapid and efficient synthesis process to obtain to obtain it in a simple manner, since the methods used up to now, usually require long reaction times ranging from 15 to more than 48 hours, temperatures up to 1100°C, or the use of expensive precursors. In this work, a microwave-assisted hydrothermal method has been developed, whereby CaTiO3 was obtained with high crystallinity in only 4 hours of reaction. Furthermore, the obtained material has particles with uniform morphology of rectangular prisms perfectly faceted, showing that microwave radiation not only contributes to a decrease in the reaction time, but also promotes the formation of particles with a specific shape through a process called oriented attachment. The formation process of the CaTiO3 rectangular prisms was studied by varying the synthesis parameters such as reaction time and temperature and the concentration of reactant species. The effect of each of these parameters were determined by using different characterization techniques, such as X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopies and diffuse reflectance spectroscopy. Finally, we propose an alternative application for the synthesized CaTiO3, which consists in the photo-inactivation of green tide, applying the photocatalytic mechanism. The results show that the CaTiO3 rectangular prisms obtained in this work present interesting properties for be used in the decontamination of water, a particular application where the CaTiO3 has been poorly studied."