Fabricación y caracterización de un material compuesto basado en nano catalizadores metálicos (Au) soportados en una matríz cerámica (SiO2 Nanoestructurado): y la evaluación de sus propiedades catalíticas

Abstract

En el presente trabajo tomamos el problema de contaminación por gases de combustión en los motores de los automóviles, aplicando el conocimiento de nanociencias al elaborar un material compuesto a base de nanocatalizadores metálicos (Au) soportadas en una matriz cerámica (SiO2 nanoestructurado). Para lo cual se empleó un método de síntesis de nanopartículas amigable con el medio ambiente, usando ácido ascórbico como agente reductor (vitamina C), el cuál mostró ser un método exitoso ya que se obtuvieron las nanopartículas, con un control de la forma y tamaño de estas. Una vez sintetizadas las nanopartículas son caracterizadas por medio de espectroscopia de UV-Visible y microscopia electrónica de transmisión. El análisis mediante espectroscopia UV-Visible de la serie de muestras de nanopartículas de oro, obtenidas a diferentes concentraciones de ácido ascórbico, muestra las bandas de resonancia del plasmón de superficie (SPR) característica de suspensiones de oro coloidal entre los 520 y los 546nm, este corrimiento en la posición de la banda está relacionado con diferentes tamaños de partícula. También se observó que la concentración de ácido ascórbico, tiene un efecto sobre el ancho de la banda del plasmón, la cual está relacionada con la polidispersidad del sistema. La microscopia electrónica de transmisión nos corroboró lo propuesto por el análisis de espectroscopia UV-Visible mostrando una disminución en el tamaño de partícula con diámetros promedio que van desde 17.5 a 7.5nm, y en la polidispersidad del sistema, conforme aumenta la concentración del agente reductor empleado en la síntesis. La matriz cerámica fue preparada mediante el método Sol-Gel, que se lleva a cabo en un medio líquido, mediante la hidrólisis y condensación de precursores moleculares diluidos en un solvente se obtienen partículas solidas dispersas en la fase liquida (el “sol”, una solución de partículas sólidas en un líquido). Estas dos reacciones químicas conducen a la formación de una estructura mesoporosa sólida hinchada con el líquido (“gel”), cuya porosidad puede ser controlada a escala nanométrica. Agregando las nanopartículas dispersas en agua en la etapa de formación del Sol. Se aplicaron dos técnicas de secado del gel obtenido, una desarrollada a medio ambiente y la otra por medio de liofilización. Posteriormente se analizó la capacidad catalítica del material obtenido. Para el secado del gel a medio ambiente se obtuvo un monolito de SiO2 nanoestructurado con las nanopartículas de oro dispersas, lo cual se pudo corroborar por medio de micrografías obtenidas por microscopia electrónica de transmisión. Finalmente, se evaluaron las propiedades catalíticas del monolito obtenido mediante el método sol-gel y secado a condiciones normales de presión y temperatura, en la oxidación de CO. Por medio de un reactor equipado con una chaqueta de calentamiento, con una rampa de 1°C por minuto, desde 25°C hasta 550°C y un analizador de gases. Lográndose un 62.3% en la conversión del CO a CO2, para una concentración de 0.003% en peso de nanopartículas de oro respecto a la matriz vítrea.