Complementos 2012
Nanopartículas de ZnO Objetivos Analizar la influencia de las condiciones de síntesis en el tamaño de nanopartículas de ZnO. Estudiar el efecto de tamaño cuántico en las propiedades ópticas de partículas semiconductoras.
Introducción Las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas son diferentes a las de los materiales bulk , originadas por los cambios en el espaciamiento de los niveles de energía y la alta relación área/volumen cuando el tamaño de la partícula disminuye. Un quantum dot (QD) (QD) o punto cuántico es una partícula de material semiconductor que tiene sus 3 dimensiones confinadas en la escala de 1 a 10 nm. Las propiedades ópticas de QDs tienen aplicaci ones potenciales en optoelectrónica, bio - sensing y y bio-labeling bio-labeling , dispositivos de memoria y fuentes de luz láser. Debido a la restricción espacial del movimiento del electrón y el hueco, la absorción óptica de nanopartículas semiconductoras se desplaza hacia energías mayores, es decir que la energía del band gap, gap , E g, aumenta cuando el tamaño de la partícula decrece. Esto es conocido como confinamiento cuántico. En semiconductores generalmente E g se toma como el umbral de la energía de absorción. El ZnO es un semiconductor de interés en diferentes áreas, como por ejemplo: fabricación de piezoeléctricos, sensores, láseres y guías de ondas dadas sus propiedades ópticas y bajo costo. En esta práctica se sintetizan nanopartículas de ZnO por el método de precipitación y se evalúa cómo la temperatura y el solvente empleados influyen en las características del producto obtenido. La caracterización de estos sistemas se realiza principalmente por espectroscopía UV-Vis y fluorescencia estacionaria, también se pueden emplear las técnicas de dispersión de luz y microscopía electrónica.
Parte experimental: Síntesis por precipitación Los soles de ZnO se preparan por precipitación a partir de una solución de acetato de zinc dihidrato (ZAD) en medio básico utilizando NaOH en distintos solventes, y a una dada temperatura. Para una preparación típica, 1 mmol de ZAD se disuelve en 80 mL de solvente en un frasco cubierto, bajo agitación vigorosa a 50°C. Una vez que se enfría a temperatura ambiente, 8 mL de la solución transparente de ZAD son sumados a 64 mL de solvente puro. Por otro lado, una solución 0.02M de NaOH se prepara sumando el NaOH al solvente puro en un frasco cubierto, bajo agitación vigorosa a 60°C. Un vez que se enfría a temperatura ambiente, 8 mL de la solución de NaOH son sumados a 20 mL de solvente puro. Los frascos cubiertos conteniendo las soluciones de Zn y NaOH son calentados a la temperatura de crecimiento, en un baño de agua. Entonces, la sc. de NaOH es sumada a la sc. de Zn bajo agitación vigorosa, resultando
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un volumen total de 100 mL con concentraciones 0.1 mmol de ZAD y 0.16 mmol de NaOH. La síntesis es realizada con un exceso de 25% de Zn(II). Atención: adaptar proporcionalmente estas cantidades de manera de obtener un volumen total de 25 mL, con las mismas concentraciones finales, para minimizar las cantidades de reactivos y solventes a utilizar. Una vez mezcladas las soluciones de Zn y NaOH, en un dado solvente y temperatura de síntesis, se retiran alícuotas de 3.5 ml (a los 2, 5, 15, 30, 60, 90 y 120 min.), se almacenan en tubos cerrados y se colocan en un baño de agua/hielo a 0°C para detener el crecimiento de las partículas. Seguir la cinética de crecimiento de partículas por medidas de absorción/fluorescencia.
Variables de preparación: utilizar diferentes solventes: 1- etanol, 1- butanol, 1-pentanol y 1- hexanol. utilizar diferentes temperaturas de síntesis: 35 y 60 oC.
Caracterización: o
Absorción UV-Vis: determinar posición del umbral de absorción y estimar tamaño de partícula (modelo de Brus).
o
Fluorescencia: medir los espectros de emisión y correlacionar la posición del mismo con el tamaño de partícula.
o
Opcionales: dispersión de luz y microscopía electrónica.
Cuestionario 1.
¿Cómo afecta el solvente y la temperatura el tamaño de las partículas de ZnO?
2.
¿Puede realizar este tipo de síntesis en agua? ¿Por qué?
3.
¿Qué puedo sintonizar al cambiar el tamaño de partícula?
Bibliografía básica Z. Hu, G. Oskam, P.C. Searson, J. Coll. and Interface Sci 263 (2003) 454 – 460. D.W. Bahnemann, C. Kormann, M.R. Hoffmann, J. Phys. Chem. 91 (1987) 3789-3798 A. Wood, M. Giersig, M. Hilgendorff, A. V.-Campos, L.M. L-Marzan, P. Mulvaney, Aust. J. Chem. 56 (2003) 1051-1057.
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