Efecto de la concentración de hierro en las propiedades del NB2O5 con posible aplicación fotocatalítica

  • Edwin Alberto Murillo Ruíz Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia
  • Angela Mercedes Raba Páez Universidad Francisco de Paula Santander sede Cúcuta http://orcid.org/0000-0001-8147-6323
  • Miryam Rincón Joya Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
Palabras clave: Nb2O5, Fe, método Pechini, tratamiento térmico, propiedades estructurales, fotocatálisis

Resumen

Actualmente, se busca desarrollar compuestos de energía de banda gap baja para ser aplicados en fotocatálisis. Se eligió dopar el pentóxido de niobio con hierro con el fin de establecer la relación entre sus propiedades estructurales, superficiales y ópticas, y posibles aplicaciones fotocatalíticas. Se prepararon polvos de Nb2O5 dopados con Fe (al 2,5%, 5% y 10%, porcentaje en peso) por el método Pechini, buscando establecer las condiciones de síntesis apropiadas para la conformación de partículas de Nb2O5:Fe. Los polvos fueron sinterizados a 600°C y 700°C por 2 h en aire y posteriormente fueron examinados por TGA, DRX, MEB, espectroscopía de reflectancia difusa UV-vis y por el método BET. En las muestras precalcinadas el análisis térmico permitió establecer el comportamiento del porcentaje de pérdida de peso en función de la temperatura. Se compararon los resultados obtenidos para el óxido no dopado con los del Nb2O5 dopado con Fe para analizar sus propiedades cristalinas. Los difractogramas del Nb2O5 dopado con Fe al 2,5% y 5%, sometido a 700°C, fueron similares al del Nb2O5 no dopado indicando que el Nb fue sustituido por el Fe y, por lo tanto, no se presentan variaciones considerables en la estructura del óxido. El tamaño de cristalito de las partículas nanoestructuradas de Nb2O5 dopado con Fe se incrementó en todos los casos, cuando la temperatura de sinterización se incrementó de 600°C a 700°C. La energía de banda gap del Nb2O5:Fe disminuyó con el incremento de la temperatura para las concentraciones de 2,5% y 5%. El valor del SBET aumentó con el incremento de la concentración de hierro. La muestra Nb2O5:Fe5%, calcinada a 700°C, presentó una Eg de aproximadamente 2,69 eV y características estructurales y superficiales que la hacen promisoria para pruebas de desempeño fotocatalítico.

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Referencias

Fujishima A., Honda K. (1972). Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature, 238, pp. 37-38. https://doi.org/10.1038/238037a0

Prado A. G. S., Bolson L. B., Pedroso C. P., Moura A. O., Costa L. L. (2008). Nb2O5 as efficient and recyclable photocatalyst for indigo carmine degradation. Applied Catalysis B: Environmental, 82 (3-4), pp. 219-224. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2008.01.024

Lopes O. F., Paris E. C., Ribeiro C. (2014). Synthesis of Nb2O5 nanoparticles through the oxidant peroxide method applied to organic pollutant photodegradation: A mechanistic study. Appl. Catal. B Environ., 144, pp. 800-808. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.08.031

Furukawa S., Ohno Y., Shishido T., Teramura K., Tanaka T. (2013). Reaction Mechanism of Selective Photooxidation of Amines over Niobium Oxide: Visible-Light-Induced Electron Transfer between Adsorbed Amine and Nb2O5. J. Phys. Chem. C, 117 (1), pp. 442-450. https://doi.org/10.1021/jp310501h

Shishido T. et al. (2009). Mechanism of Photooxidation of Alcohol over Nb2O5. J. Phys. Chem. C, 113 (43), pp. 18713-18718. https://doi.org/10.1021/jp901603p

Chen X. et al. (2007). Enhanced activity of mesoporous Nb2O5 for photocatalytic hydrogen production. Appl. Surf. Sci., 253 (20), pp. 8500-8506. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.04.035

Lai F., Lin L., Huang Z., Gai R., Qu Y. (2006). Effect of thickness on the structure, morphology and optical properties of sputter deposited Nb2O5 films. Applied Surface Science, 253 (4), pp. 1801–1805. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2006.03.014

Wang Y. D., Yang L. F., Zhou Z. L., Li Y.F., Wu X.H. (2001). Effects of calcining temperature on lattice constants and gas-sensing properties of Nb2O5. Materials Letters, 49 (5), pp. 277-281. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(00)00384-0

Rajan J., Velmurugan T., Seeram R. (2009). Metal oxides for dye-sensitized solar cells. J. Am. Ceram, Soc. 92 (2), pp. 289-291. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2008.02870.x

Lira-Cantua M., Krebsb F.C. (2006). Hybrid solar cells based on MEH-PPV and thin film semiconductor oxides (TiO2, Nb2O5, ZnO, CeO2 and CeO2–TiO2): Performance improvement during long-time irradiation. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 90 (14), pp. 2076–2086. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2006.02.007

Nowak I., Ziolek M. (1999). Niobium compounds: preparation, characterization, and application in heterogeneous catalysis chemical reviews. Chem. Rev., 99 (12), pp 3603–3624. https://doi.org/10.1021/cr9800208

Schäfer H., Gruehn R., Schulte F. (1966). The modifications of Niobium Pentoxide. Angewandte Chemie International Edition in English, 5 (1), pp. 40-52. https://doi.org/10.1002/anie.196600401

Herval L.K.S. et al. (2015). The role of defects on the structural and magnetic properties of Nb2O5. Journal of Alloys and Compounds, 653, pp. 358-362. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.019

Falcomer D., Speghini A., Ibba G., Enzo S., Cannas C., Musinu A., Bettinelli M. (2007). Morphology and Luminescence of Nanocrystalline Nb2O5 Doped with Eu3+. Journal of Nanomaterials, 2007. https://doi.org/10.1155/2007/94975

Hu B., Liu Y. (2015). Nitrogen-doped Nb2O5 nanobelt quasi-arrays for visible light photocatalysis. Journal of Alloys and Compounds, 635, pp. 1-4. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.02.109

Ramanjaneya Reddy G., Chennakesavulu K. (2014). Synthesis and characterization of Nb2O5 supported Pd(II)@SBA15: Catalytic activity towards oxidation of benzhydrol and Rhodamine-B. Journal of Molecular Structure, 1075 (5), pp. 406-412. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.06.090

Honga S. H., Kwonb S. N., Baea J.S., Song M. Y. (2009). Hydrogen-storage properties of gravity cast and melt spun Mg–Ni–Nb2O5 alloys. International journal of hydrogen energy, 34 (4), pp. 1944-1950. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.12.015

Barbosa López A. L., Castro Sierra I. M. (2012). Estudio catalítico comparativo de los sistemas TiO2 y Nb2O5•3H2O en la degradación de cianuro en función del tipo de oxidante. Ingeniería y Ciencia, 8 (16), pp. 257-280.

Pechini M.P. Method of preparing lead and alkaline Earth titanates and niobates and coating method using the same to form a Capacitor. US Patent Specification 3330697.

Raba A. M., Barba-Ortega J., R. Joya M. (2015). The effect of the preparation method of Nb2O5 oxide influences the performance of the photocatalytic activity. Appl. Phys. A, 119 (3), pp. 923-928. https://doi.org/10.1007/s00339-015-9041-3

Kato K, Tamura S. (1975). Die Kristallstruktur von T-Nb2O5. Acta Crystallographica Section B, B31, pp. 673-677. https://doi.org/10.1107/s0567740875003603

Lessing P. (1989). Mixed-cations oxide powders via polymeric precursors. American Ceramic Society Bolletin, 68(5), pp. 1002-1007.

Escobedo Morales A., Sánchez Mora E., and Pal U. (2007). Use of diffuse reflectance spectroscopy for optical characterization of un-supported nanostructures. Revista Mexicana de Física S, 53 (5), pp. 18-22.

Cómo citar
Murillo Ruíz, E. A., Raba Páez, A. M., & Rincón Joya, M. (2017). Efecto de la concentración de hierro en las propiedades del NB2O5 con posible aplicación fotocatalítica. Ciencia E Ingeniería Neogranadina, 28(2), 29-42. https://doi.org/10.18359/rcin.2669
Publicado
2017-11-29
Sección
Artículos