Estudio de las propiedades, estructurales, morfológicas y ópticas de nanopartículas de Cr2O3 sintetizadas por procesos de combustión de un solo paso y diferentes combustibles

Abstract

Esta investigación presenta un nuevo método de síntesis de un solo paso para obtener Cr2O3 nanoestructurado a partir de una solución de nitrato de cromo y un combustible como ácido aspártico, o lisina, o trihidroximetilaminometano, o etilendiaminotetraacético. Una vez obtenido los polvos fueron calcinados a 500ºC. Luego se caracterizaron mediante difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía por UV-Visible y técnicas de Brunauer–Emmett–Teller (BET). Estos polvos serán utilizados en superficies absorbedoras como cermts o pinturas selectivas solares. En las cenizas y los polvos calcinados obtenidos se identificó la estructura cristalina del Cr2O3, correspondiente al sistema romboédrico y al grupo espacial R-3c. El tamaño promedio de cristalita de los productos obtenidos estuvo entre 29 y 45 nm, donde para las cenizas el tamaño fue menor en comparación a los polvos obtenidos para todos los combustibles utilizados. Es probable que para un incremento de la temperatura el tamaño de cristalita crezca. Un área específica de 167 m2 /g fue determinada para las cenizas obtenidas con ácido aspártico. Este fue el mayor valor observado en la literatura específica y podría utilizarse para reacciones de catálisis, mientras que el resto de los valores obtenidos para las cenizas fue mayor en comparación a los polvos calcinados para todos los combustibles. El tamaño promedio de partícula observado a través de TEM resultó entre 50 y 100 nm aproximadamente. La energía de Band Gap determinada resultó entre 3.055 eV y 3.078 eV, esta variable aumenta suavemente con la temperatura de calcinación. Para confirmar esta tendencia se deberían realizar mayor cantidad de experimentos.

This research presents a novel one-step solution combustion synthesis to obtain nano-structured Cr2O3 from chrome nitrate solution and one fuel such as aspartic acid (Asp) or Lysine (Lys), or trihydroxymethylamino methane (Tris) or ethylenediaminetetraacetic acid (Edta). Once obtained, the ashes were calcined at 500°C. The powders were characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), UV-Visible Spectroscopy (UV-VIS) spectroscopy and Brunauer-Emmett-Teller (BET) techniques. These powders will be used in solar absorbing surfaces: in composites (o cermets) and painted coatings. Within the obtained ashes and calcined powders, it was identified a Cr2O3 crystalline structure corresponding to the rhombohedral system and to the R-3c spatial group. The average crystallite size was determined for ashes and calcined powders, this value was in nanometric range between 29 and 45 nm, where for ashes were in general minor than calcined powders in all cases. It is probable that with an increment of the temperature, crystallite size would grow. A specific area of 167 m2/g was determined for asp-ashes. This was a highest value observed in specific literature and it could be used in catalysis reactions, while the area values of ashes was higher than calcined powders value for each fuel. The average particle size observed through TEM resulted in 50 nm to 100 nm approximately. The determined Energy band gap resulted in 3.055eV to 3.078 eV approximately. The Energy band gap slightly increased with calcination temperature. Further trials and investigation will confirm the mentioned tendencies.