Estudio comparativo de la incorporación de nanopartículas de Ag a recubrimientos de TiO2 por las técnicas de dopado e impregnación

Abstract

En el presente estudio se incorporan nanopartículas de Ag sintetizadas mediante un proceso coloidal a recubrimientos de SiO2 y TiO2 mediante el dopado de los precursores sol-gel. En otra técnica, los recubrimientos de SiO2 y TiO2 se impregnaron con iones Ag+ para luego producir la foto-reducción. La caracterización de las nanopartículas de Ag se hizo por microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción de rayos X con haz rasante (GXRD) y espectroscopia UV-Visible antes y después de incorporarse a los distintos soles, observando que el estado de oxidación depende del entorno. También se estudiaron recubrimientos con estructura jerarquizada mediante la combinación de las distintas composiciones y se los analizó por TEM, GXRD y degradación fotocatalítica de naranja de metilo. Se observó una intensa actividad fotocatalítica bajo iluminación UV. El factor clave en la eficiencia fotocatalítica de los sistemas de recubrimientos multicapas reside en el estado metálico de las nanopartículas de Ag que pueden reducir la recombinación de los electrones y agujeros foto-generados los cuales incrementan la eficiencia en la transferencia de portadores de carga. La mejor eficiencia fue obtenida para los sistemas SiO2/Ag-TiO2 denso y mesoporoso impregnados y Ag-SiO2/TiO2 mesoporoso dopado.con un porcentaje de degradación 36% mayor que la referencia de los sistemas no dopados. Finalmente se realizaron ensayos bactericidas, revelando una potente actividad bactericida en el caso de las tres cepas estudiadas, notablemente aumentada para todas las muestras dopadas con Ag.

In the present study, Ag NPs have been synthesized by colloidal process and incorporated into SiO2 and TiO2 coatings by doping of sol-gel precursors. In other technique, SiO2 and TiO2 films were impregned by Ag+ ions and then they were photoreduced. Ag nanoparticles characterization was carried out through Transmission Electron Microscopy (TEM), Grazing X-ray diffraction (GXRD) and UV- visible spectroscopy before and after being combined with the different sols, observing that the oxidation state of Ag NPs depends on the environment. Coatings doped with Ag nanoparticles were also prepared with hierarchical structures built by combining the different composition and analysed by TEM, GXRD and photocatalytic degradation of methyl orange. High photocatalytic efficiency was observed under UV illumination. The key factor in the photocatalytic efficiency of the multilayer coating systems resides in the metallic state of Ag NPs that could reduce the recombination of photo-generated electrons and holes thus increasing the transfer efficiency of the charge carriers. The best efficiency was obtained for SiO2/Ag-TiO2 dense and mesoporous impregnated and Ag-SiO2/TiO2 mesoporous system with a percentage of degradation 36 % higher than the reference of non-doped systems. Finally, bactericide assays were performed, showing a strong bactericide activity over the three strains tested, remarkably increased for all the samples doped with Ag.