Control estructural de películas delgadas mesoporosas de TiO2 y su efecto sobre el transporte y la reactividad en ambientes confinados - Steinberg, Paula Yael (2018)
Los óxidos mesoporosos presentan elevadas áreas específicas (200-1000 m2 /g) y poros ordenados monodispersos cuyo diámetro puede regularse entre 2 y 50 nm. Se han desarrollado hasta el momento una gran variedad de técnicas químicas suaves que permiten obtenerlos a partir de la combinación del autoensamblado de moléculas anfifílicas y reacciones sol-gel. Además, es posible combinar estos materiales con nanopartículas (NPs) metálicas, mediante diversas técnicas. Entre todas las posibles formas de procesamiento de estos óxidos, las películas delgadas mesoporosas (PDMs) son especialmente interesantes, ya que pueden integrarse en gran variedad de dispositivos electrónicos u ópticos. Esta tesis propone obtener PDMs de dióxido de titanio con porosidad y propiedades estructurales controladas y bien definidas, y utilizarlas como plataformas para estudiar el efecto del confinamiento en el transporte de moléculas y en reacciones químicas. En este trabajo, se obtuvieron PDMs de TiO2 con poros de diámetro entre 2 y 10 nm sobre vidrio conductor (ITO), silicio o vidrio mediante dip o spin-coating utilizando tres moldes de poros diferentes: los copolímeros tribloque Pluronic F127 y Pluronic P123, y la molécula dibloque Brij 58. Las películas se sometieron a diferentes tratamientos térmicos con el propósito de regular las propiedades finales del material poroso, que fueron debidamente caracterizadas. En particular, se profundizó y amplió la caracterización del sistema moldeado con Brij 58, muy acotado en bibliografía, el cual presenta tamaño de poros y espesor de pared menores que los materiales obtenidos a partir de copolímeros tribloque. Por lo tanto, representa una plataforma propicia para estudiar efectos de confinamiento. Se estudió el transporte de sondas electroquímicamente activas (Fe(CN)6 3- , Ru(NH3)6 3+ y Ferrocenometanol) desde la solución hacia el sustrato a través del sistema mesoporoso mediante voltametría cíclica (VC). Se encontró que existe un complejo mecanismo en el que hay que tener en cuenta caminos paralelos de adsorción superficial y transporte en la fase acuosa, que depende fuertemente de las dimensiones del sistema. Por espectroscopía de correlación de fluorescencia (FCS), en tanto, se logró describir cuantitativamente cómo la estructura y dimensiones de poros de las PDMs y la fuerza iónica modulan la difusión de una sonda fluorescente (Rodamina B). Por otra parte, se estudió el crecimiento de NPs de Au dentro de los sistemas de mesoporos. Se encontró que tanto la cantidad como el tamaño de las NP obtenidas depende marcadamente del tamaño de los poros y de su organización espacial. Finalmente, se evaluó la influencia de las características de las NPs formadas en una aplicación como sensores basados en espectroscopía Raman aumentada por superficie (SERS), encontrándose resultados prometedores. Los resultados obtenidos permitieron demostrar que es posible modular a escala nanométrica las dimensiones de las estructuras porosas a través del procesamiento de PDMs, y que esta modulación tiene relevancia tanto en el transporte como en la reactividad de diferentes especies químicas.