Resumen de Synthesis and characterization of titania/graphene nanocomposite for application in photocatalysis

A. Aguilera Mandujano, J. Serrato Rodríguez

• español

  El dióxido de titanio ha sido extensamente investigado como fotocatalizador para la purificación de agua; éste presenta limitantes como la recombinación de pares electrón-hueco generados por fotones. Los nanocompósitos titania/grafeno han resultado prometedores para superar estas limitaciones debido a la alta área específica del grafeno y sus propiedades electrónicas únicas. En este trabajo se sintetizó un nanocompósito anatasa-grafeno mediante una mezcla simple asistida por ultrasonido. El grafeno se obtuvo mediante la exfoliación electroquímica de grafito (electrolisis) y la anatasa se sintetizó usando el método sol-gel. El material nanocompósito, el grafeno y la anatasa obtenidos se caracterizaron con las técnicas de difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido (MEB) y microscopia electrónica de transmisión (MET). Mediante espectroscopia Raman se comprobó que el grafito se exfolió correctamente produciendo grafeno de unas cuantas capas. La estructura nanométrica laminar capeada del grafito exfoliado presenta planos cristalográficos característicos del grafito, grafeno y óxido de grafeno. En el espectro de difracción de la titania se observa la presencia de la fase de anatasa. Las imágenes obtenidas con el MEB y MET de la muestra de grafeno permiten observar una estructura laminar capeada y en las imágenes del dióxido de titanio se pueden distinguir aglomerados formados de nanopartículas elipsoidales. Las nanopartículas de titania obtenidas tienen un tamaño de aproximadamente 6 nm. El valor de banda prohibida para un nanocompósito de tamaño de partícula tan extremadamente bajo es de alrededor de 3.6 eV y probablemente corresponde a la fase TiO_(2) (anatasa) que rodea completamente al grafeno. Se propone un modelo de nanocompósito basado en observaciones HRTEM. Al considerar las propiedades eléctricas de grafeno y las propiedades fotocatalíticas de TiO_(2), este nanocompósito promete tener aplicaciones en la fotocatálisis.

• English

  Titanium dioxide has been extensively investigated as a photocatalyst for water purification, presenting limitations such as the recombination of electron-hole pairs generated by photons. The titania/graphene nanocomposites are promising materials to overcome these limitations due to the high specific area of graphene and unique electronic properties. In this work, an anatase-graphene nanocomposite was synthesized by a simple mixture assisted by ultrasound. Graphene was obtained by electrochemical exfoliation of graphite using the electrolysis technique. On the other hand, anatase was synthesized using the sol-gel method. The obtained graphene, anatase and the nanocomposite material, were characterized with the X-ray diffraction technique (DRX), scanning electron microscopy (MEB) and transmission electron microscopy (MET). Using Raman spectroscopy, it was possible to verify that the graphite exfoliated correctly producing few layer-graphene. The lamellar nanostructure of the exfoliated graphite has crystallographic planes characteristic of graphite, graphene, and graphene oxide. The presence of the anatase phase is shown in the diffraction spectrum of titania. The images obtained with SEM and TEM of the graphene sample show a layered lamellar structure, and the TiO2 images show agglomerates of ellipsoidal nanoparticles. Obtained titania nanoparticles have a size of about 6 nm. Bandgap value for such extremely low particle size nanocomposite is around 3.6 eV and presumably corresponds to the TiO_(2) (anatase) phase that surrounds the graphene. A nanocomposite model based on HRTEM observations is proposed. Considering the graphene electrical properties and the photocatalytic properties of TiO_(2), this nanocomposite promises to have applications in photocatalysis.