Films delgados mesoporosos de óxidos metálicos nanocristalinos con aplicaciones en dispositivos fotovoltaicos y catálisis

• Autores: Violi, Ianina Lucila
• Año de publicación: 2015
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Soler Illia, Galo Juan de Ávila Arturo
• Materia: OXIDOS METALICOS NANOCRISTALINOS; FILMS DELGADOS MESOPOROSOS; CELDAS SOLARES; CATALISIS; METALLIC NANOCRYSTALLINE OXIDES; MESOPOROUS THIN FILMS; SOLAR CELLS; CATALYSIS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El diseño y la síntesis de films delgados mesoporosos de óxidos metálicos contemplan la exploracióndetenida de los procesos fisicoquímicos que dan a lugar la creación de materiales novedososy de aplicaciones múltiples. Los óxidos metálicos mesoporosos se encuentran en un lugarprivilegiado dentro de los nuevos materiales, debido a la elevada área específica que poseen (entre 100 y 1000m2/g), al tamaño intermedio de sus poros (entre 2 y 50nm) y a las vastas aplicacionesque poseen. Si sumamos a estas características la preparación en forma de films delgados,las propiedades se multiplican, sostenidas en la facilidad de utilización y re-utilización, y enla versatilidad que los sistemas así adquieren. Este trabajo se enfocó principalmente en la preparación y caracterización de films delgados mesoporososordenados de óxidos metálicos, en particular TiO2 y Zr1-xCexO2 (con 0≤x≤0.5), a travésde un análisis exhaustivo de las variables que influyen de manera directa o indirecta en las característicasdel material obtenido. Estas características abarcan desde la cristalinidad del óxidoque conforma las paredes del material mesoporoso hasta la accesibilidad, el orden de los poros yla homogeneidad de la solución sólida en óxidos mixtos. Se optimizó el tiempo requerido para la preparación de films mesoporosos ordenados de sílice,titania y zirconia. En cuanto a la síntesis de titania y zirconia mesoporosa, se exploraron tambiénrutas alternativas de preparación a través del uso de un agente complejante: acetilacetona. Medianteeste método resultó muy sencillo obtener films homogéneos, con alto grado de orden yaccesibles, lo que permitió simplificar notablemente su procesado. Como una extensión y generalizaciónde este concepto, se construyeron estructuras multicapa (reflectores de Bragg) concaracterísticas definidas y obtenidas por diseño. Se estudió también la utilización de los materiales optimizados en aplicaciones concretas. Enparticular, se analizó la actividad fotocatalítica de films delgados mesoporosos y nanocristalinosde TiO2 depositados sobre un sustrato conductor, y también su uso como plataforma para lacreación de dispositivos fotovoltaicos híbridos de fase sólida. La incorporación de nanopartículasde oro en los films delgados mesoporosos de Zr1-xCexO2 permitió su aplicación como sistemascatalíticos en diversas reacciones modelo. El presente trabajo de tesis abre un nuevo camino hacia el diseño de materiales mesoporososcon aplicaciones reales, que evolucionan desde su potencialidad hacia la creación de dispositivosfuncionales. Palabras clave: óxidos metálicos nanocristalinos, films delgados mesoporosos, celdas solares,catálisis.
Design and preparation of mesoporous metallic oxides thin films involve the careful explorationof the physicochemical processes that lead the creation of new materials with multiple applications. In the list of new materials, mesoporous metallic oxides are in a privileged place due to itslarge specific surface (between 100 and 1000m2/g), the halfway size of its pores (between 2 and 50nm) and their multiple applications. Preparation of these materials as thin films multiply theirfeatures, due the easy of manipulation and re-utilization, and the versatility that systems acquirefor this reason. This work was focused on the optimization of mesoporous metallic oxides thin films preparation,in particular TiO2 and Zr1-xCexO2 (0≤x≤0.5), through a detailed exploration of the variablesthat influence the features of the final material. These features include the oxide crystallinitythat constitute the walls of the mesoporous material, the accessibility and pore order, and thesolid solution homogeneity of mixed oxides. Time consumption for the preparation of silica, zirconia and titania mesoporous thin films wereoptimized. Different synthetic routes for the preparation of mesoporous zirconia and titaniawere explored through the incorporation of acetylacetone as a complexing agent. It was possibleto obtain homogeneous, highly ordered and accessible mesoporous thin films by this new strategy,which made the processing much easier. As an extension and generalization of this concept,multilayered structures (Bragg reflectors) were easily prepared. Applications of the optimized mesoporous thin films preparations were evaluated as well. Inparticular, nanocrystalline TiO2 mesoporous thin films onto a conductive substrate were studiedas photocatalytic material and as the substrate for the preparation of all-solid state photovoltaicdevices. Au nanoparticles incorporation inside Zr1-xCexO2 mesopores allowed the application ofthese thin films as re-utilizable catalytic devices through the study of model reactions. The present work opens a new path to the rational design of mesoporous materials with realapplications, which will evolve from its potentiality to the actual creation of functional devices. Keywords: metallic nanocrystalline oxides, mesoporous thin films, solar cells, catalysis.
Fil: Violi, Ianina Lucila. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.