Simulación, síntesis y caracterización de nanopartículas de Ag y Ag2Se en zeolitas F9-NaX

Abstract

En el presente trabajo se reportan las propiedades ópticas, estructurales y vibracionales del semiconductor Ag2Se en matriz de zeolita F9 comercial de Waco Chemicals Inc. Se realizó un estudio de las diferentes etapas del proceso de síntesis, caracterización y simulación por medio del paquete computacional Gaussian 09 con la teoría de funcionales de la densidad, de las nanopartículas semiconductoras alojadas en la matriz de zeolita F9-NaX. La síntesis se logra en tres etapas principales; hidratación de la zeolita, intercambio del ion metálico y la formación del material semiconductor. La hidratación de la zeolita consiste en liberar espacio de sus cavidades para facilitar el intercambio iónico. En la etapa de intercambio del ion Ag+ se ha encontrado que la zeolita es sensible al ion metálico y en consecuencia su estructura cristalina se deforma de manera apreciable en función de la molaridad utilizada. Como resultado se obtuvieron nanopartículas semiconductoras de Ag2Se, mediante reacción química en solución acuosa alcalina, a temperatura controlada. El material obtenido fue caracterizado por espectroscopia óptica de reflactancia difusa, difracción de rayos X, microcopia electrónica de transmisión y espectroscopia Raman. En relación al espectro de absorción, se obtuvieron bandas bien definidas entre 300 nm y 500 nm que pueden ser atribuidas a la presencia de nanopartículas de Ag2Se con un band gap entre 1.375 y 1.73 eV. La información obtenida proveniente de la espectroscopia Raman, se comparó con la obtenida mediante la teoría del funcional de la densidad a los niveles de aproximación LSDA (Local Spin Density Approximation) y B3LYP (Becke3LYP), ambos niveles contenidos en el paquete Gausssian 09. En espectroscopia Raman se obtuvo una intensidad de actividad de dispersión máxima que concuerda muy bien con la información obtenida de la simulación. Las nanopartículas semiconductoras obtenidas tienen una forma aproximadamente esférica con buena cristalinidad y con una distribución de tamaños entre 2 y 17 nm con una media de 6.9 nm.