Síntesis, caracterización y funcionalización de nanomateriales basados en nitruro de carbono

Abstract

[ES] Los nitruros de carbono son materiales que han despertado un gran interés desde los años 80, en principio por poseer carácter semiconductor e interesantes propiedades fotoeléctricas, así como propiedades fotocatalíticas (las cuales se han aprovechado para la generación de hidrógeno a partir de agua por irradiación con luz visible, así como en procesos de obtención de otros combustibles). Además, los nitruros de carbono, representados por la fórmula g-C3N4, se sintetizan generalmente por el tratamiento térmico de urea, materia prima que tiene como ventaja su fácil manejo y accesibilidad. Asimismo, se han estudiado sus combinaciones con otros nanomateriales como nanopartículas metálicas, semiconductoras y más recientemente con perovskitas, sin embargo, existen pocos ejemplos de sistemas nanohíbridos basados en g-C3N4 en sólido y como dispersión coloidal.

El presente trabajo tiene como objetivo la preparación de nuevas nano-heteroestructuras basadas en nanomateriales de nitruros de carbono y su combinación con perovskitas de haluro metálico con el fin de estudiar tanto sus características morfológicas y sus propiedades ópticas como su efecto sinérgico para sus posibles aplicaciones como fotocatalizador.

Los resultados obtenidos son prometedores en cuanto a la síntesis en "one-pot" de un sistema híbrido basado en nitruros de carbono y perovskitas en la nanoescala. Para ello se evaluaron diversos factores experimentales como las relaciones molares entre precursores, tiempo de reacción, temperatura de reacción, cantidad y relación de ligandos, además de su efecto sobre las propiedades ópticas y morfológicas. Los estudios de fluorescencia parecen indicar que existe un proceso de transferencia de energía entre ambos materiales.

[EN] Carbon nitrides have been of great interest since the 80s due to their semiconductor nature, important photoelectric properties and photocatalic properties. These properties have been used in the generation of hydrogen from water through irradiation with visible light and in the process of obtaining other fuels. Additionally, carbon nitrides, represented by the formula g-C3N4, are generally synthesized through urea heat treatment, a raw material that is easy to handle and access. Extensive research has been done regarding its combination with other nanomaterials such as metallic nanoparticles, semiconductors and more recently perovskites. However, there are very few g-C3N4 models of hybrid systems in the nanoscale and as colloidal dispersion.

This project's aim is to prepare new nano-heterostructures based on carbon nitride nanomaterials combined with metal halide perovskites in order to study not only their morphological characteristics and optical properties but also their synergic effect for possible applications as a photocatalyst.

The obtained results are promising for the one-pot synthesis of a hybrid system based on carbon nitrides and perovskites at the nanoscale. For this purpose, several experimental factors such as molar ratios between precursors, reaction time, reaction temperature, amount and ratio of ligands, as well as their effect on the optical and morphological properties were evaluated. Fluorescence studies seem to indicate that there is an energy transfer process between both materials.