Estudio de la fotoluminiscencia de suspensiones coloidales basadas en nanomateriales de M-MOx/C (M=Co, Mn) obtenidos mediante ablación láser de sólidos en líquidos

Abstract

El objetivo del presente trabajo es evaluar el efecto del medio líquido en las propiedades fotoluminiscentes de suspensiones coloidales basadas en nanomateriales de M − MOx/C (M = Co, Mn) obtenidas por la técnica de ablación láser de sólidos en líquidos. La metodología empleada para la obtención de los materiales se desarrolló en cuatro etapas. La primera de ella consistió en la obtención de nanopartículas de óxidos metálicos mediante la técnica de ablación láser de sólidos en líquidos, así como su caracterización mediante espectroscopía UV-vis, espectroscopía Raman, difracción de Rayos X y microscopía electrónica de transmisión. La segunda etapa fue la obtención de biocarbón a partir del tratamiento térmico de desechos de café en un horno tubular, y su caracterización mediante espectroscopía infrarroja, espectroscopía Raman, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de Rayos X de energía dispersiva. La tercera etapa se basó en la síntesis de suspensiones coloidales de nanoestructuras de carbono mediante el tratamiento con ultrasonido de biocarbón de café en tres medios líquidos diferentes, tolueno (C7H8), peróxido de hidrógeno (H2O2) e hipoclorito de sodio (NaClO); el material obtenido fue caracterizado mediante espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de Rayos X de energía dispersiva, difracción de Rayos X, microscopía electrónica de transmisión, espectroscopía UV-vis y espectroscopía de fluorescencia. Finalmente, en la última etapa se obtuvieron las suspensiones coloidales de nanomateriales M − MOx/C mediante la técnica de ablación láser de sólidos en líquidos, los cuales fueron caracterizados mediante espectroscopía infrarroja, espectroscopía Raman, microscopía electrónica de transmisión, espectroscopía UV-vis y espectroscopía de fluorescencia. Del proceso de síntesis de nanopartículas de óxidos metálicos fue posible obtener nanopartículas de óxidos de cobalto y manganeso, en especial las fases Co3O4 y Mn3O4, de una manera fácil y rápida. Además, de los análisis obtenidos por difracción de Rayos X y espectroscopía Raman se observó que no hay presencia de picos pertenecientes a otras fases del óxido de cobalto o del óxido de manganeso, así como señales pertenecientes a cobalto o manganeso metálicos, por lo tanto, el proceso de ablación bajo las condiciones dadas en este trabajo produce únicamente las fases Co3O4 y Mn3O4. Para el caso del biocarbón de café se estudió el efecto de la temperatura en los tratamientos térmicos de los desechos de café. Se observó que el aumento de la temperatura afecta negativamente al rendimiento del biocarbón obtenido, ya que este permite el craqueo térmico de los materiales de hidrocarburos pesados, lo que lleva al aumento de líquido y gas y a la disminución del rendimiento del biocarbón. Así mismo, el aumento de la temperatura afecta los contenidos de carbono y oxígeno presentes en cada una de las muestras obtenidas; además, de acuerdo con los resultados de espectroscopía Raman, se puede observar que al aumentar la temperatura de tratamiento el grado de desorden estructural tiende a disminuir, esto debido a que, con el incremento de la temperatura de pirólisis, la fase cristalina del biocarbón aumenta de tamaño y toda la estructura se vuelve más ordenada. De los resultados obtenidos de la síntesis y caracterización de las suspensiones coloidales de nanoestructuras de carbono se observó que es posible cambiar la emisión de fotoluminiscencia variando el medio líquido durante los tratamientos del biocarbón de café, lo cual está relacionado con los grupos funcionales introducidos durante el tratamiento con ultrasonido y el tratamiento térmico. De los resultados obtenidos por espectroscopía infrarroja, se encontró que para el biocarbón tratado en C7H8 el cambio más notable fue el incremento de señales asociadas a enlaces C − H, mientras que para el biocarbón tratado en H2O2 se observó un incremento en los grupos funcionales que contienen oxígeno y, finalmente, para el biocarbón tratado en NaClO se observaron señales asociadas a enlaces C −Cl confirmando la incorporación de átomos de cloro en la estructura del material. Además, la variación en el medio líquido permitió la obtención de diferentes nanoestructuras de carbono. Finalmente, de los resultados obtenidos de la síntesis de los nanomateriales M − MOx/C mediante la técnica de ablación láser de sólidos en líquidos, se encontró que las propiedades de fotoluminiscencia de las nanoestructuras de carbono se ven afectadas por la incorporación de las nanopartículas de M − MOx, el principal cambio que se observó fue la disminución de la intensidad de emisión. Adicionalmente, se determinó que los parámetros de ablación, como el blanco y el medio líquido, empleados en el proceso de síntesis son importantes para la obtención de los productos finales, ya que los resultados obtenidos son muy diferentes al cambiar el medio líquido y el blanco de ablación. De igual manera, la interacción del haz láser con las nanoestructuras de carbono presentes en el medio líquido puede ocasionar cambios en su morfología, lo cual puede afectar en sus propiedades fotoluminiscentes.