Síntesis de redes orgánicas covalentes (COF’s) con iones metálicos fotoactivos

Abstract

En vista de la crisis hídrica y energética mundial, la fotocatálisis se presenta como una alternativa prometedora para el tratamiento de aguas. Esta tecnología, respetuosa con el medio ambiente, aprovecha la luz solar y es capaz de degradar contaminantes de alta complejidad de manera eficiente. Debido a su actividad fotocatalítica los materiales semiconductores como el TiO2 y el ZnO han sido altamente estudiados, pero presentan baja cantidad de sitios activos y baja eficiencia de absorción de luz. Como alternativa aparecen los COF’s (Covalent Organic Frameworks), materiales cristalinos microporosos compuestos por elementos ligeros (C, H, N, O, B y Si), capaces de formar estructuras 2D y 3D, los cuales han sido altamente estudiados en aplicaciones fotocatalíticas como en la reducción del CO2 a CO y en la degradación de colorantes. Por lo anterior, el siguiente trabajo propone la síntesis del COF TpBpy (TpBpy (1, 3, 5-trififormilfloroglucinol (Tp) y 2, 2′-bipiridina-5, 5′ - diamina (Bpy)) funcionalizado con iones metálicos fotoactivos como el renio, rutenio y dióxido de titanio con hierro, para futuros estudios en fotocatálisis. Donde, para corroborar la correcta síntesis del COF y COF’s funcionalizados se utilizaron las técnicas de caracterización FTIR, DRX, UV-Vis, TGA, imágenes SEM con EDS y mapeo de elementos e isotermas de adsorción de gases N2. Por FTIR se comprueba que las síntesis realizadas no afectan la estructura química del COF TpBpy. Los análisis por DRX comprueban que el COF TpBpy mantiene su estructura cristalina después de la incorporación de renio y rutenio, mientras que para el Fe-TiO2-COF no es posible confirmar su cristalinidad debido a la debilidad de las señales características del COF TpBpy, pero si la formación del compuesto Fe-TiO2 cuyas señales están presentes. Mediante los análisis de TGA se comprobó que la estabilidad térmica del COF TpBpy hasta los 394°C no se ve comprometida. Los COF’s funcionalizados son estables entre los 371°C y 458°C, siendo el Fe-TiO2-COF el más estable. Luego, a partir de UV-Visible se comprueba que tanto el COF TpBpy como los COF’s funcionalizados son materiales semiconductores con una banda prohibida de ~2 eV, hasta un máximo de 760 nm, es decir, dentro del rango visible, lo cual es favorable para la eficiencia en la captación de energía solar. Los análisis por adsorción de gases N2 demuestran que los COFs funcionalizados con renio y rutenio disminuyen su área superficial hasta un 42 %. Mientras que el Fe-TiO2-COF muestra un aumento del área del 190 %, que puede ocurrir debido al posible crecimiento superficial del Fe-TiO2. Finalmente, por imágenes SEM, análisis EDS y mapeo de elementos se confirma la distribución homogénea de los elementos en los materiales sintetizados.