Síntesis de grafeno 3D

Abstract

El Grafeno es un nanomaterial bidimensional que puede consistir en una sola capa de átomos de carbono, es decir: de espesor tan delgado como un átomo de carbono. En el laboratorio se obtuvo por el método de depósito químico de vapores (CVD) el cual permite tener un control sobre el crecimiento de una o más capas dependiendo de los parámetros de síntesis. Desde su descubrimiento en 2004 y posterior premio Nobel en el 2010 este nanomaterial bidimensional ha generado grandes expectativas en áreas de ciencia básica y aplicada. Sus usos se han extendido en forma exponencial abarcando la electrónica, la química analítica, el monitoreo ambiental, las energías renovables y su almacenamiento, sensores, etc. En objetivo de la presente Tesis es proponer el uso de grafeno como eslabón fundamental que combinado con nanopartículas metálicas (Au y Ag) y semiconductoras (TiO2 y ZnO) conformen “heteroestructuras” que actúen en forma sinérgica frente a la caracterización de estructuras complejas de grafeno (grafeno 3D), a la detección y degradación de analitos de interés ambiental como así también, crear fotoánodos inteligentes que eficientemente conviertan luz en electrones. En principio las heteroestructuras se construyeron combinando Grafeno 3D con NPs metálicas para detección de contaminantes por sensado molecular, graphene-enhanced Raman Scattering (GERS) y surface-enhanced Raman scattering (SERS). La primera técnica consiste en monitorear la presencia del analito a través de los cambios que éste produce en las bandas de Raman características del grafeno una vez adsorbido. Las otras dos técnicas consisten en una exaltación de la señal de Raman del analito de interés por la presencia misma de grafeno y NPs metálicas. El diseño de la segunda heteroestructura consiste en la combinación de Grafeno 3D con NPs semiconductoras para detección y conversión fotocatalítica de analitos contaminantes, tanto en superficie como en solución. La sinergia lograda en estos desarrollos tiene sustento en que, una vez iluminada la heteroestructura, las NPs semiconductoras separen la carga mientras que el grafeno transporte eficientemente los electrones generados previniendo así la recombinación electrón-hueco. Por último, se sintetizaron heteroestructuras compuestas por NPs de Carbono y grafeno que combinadas con NPs semiconductoras permitieran un diseño eficiente en la aplicación como fotoánodos. Las heteroestructuras de NPs de grafeno-semiconductores y NPs de carbono-semiconductores generaron incremento en la respuesta de los fotoánodos en el espectro ultravioleta y el visible, respectivamente.