Evaluación de propiedades superficiales y eléctricas de los materiales híbridos TiO2@zeolita.

Dec 15, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 3650 (2023) Citar este artículo

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La degradación de contaminantes en medio acuoso es de gran interés debido al impacto sobre el medio ambiente y la salud humana, por lo que el diseño y estudio de las propiedades físico-químicas de los fotocatalizadores para la remediación de agua son de gran importancia. Entre las propiedades del fotocatalizador, las relacionadas con la superficie y el mecanismo eléctrico son cruciales para el desempeño del fotocatalizador. Aquí informamos las características químicas y morfológicas del fotocatalizador de zeolita TiO2 mediante espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) y microscopía electrónica de barrido (SEM), respectivamente, y se propuso un mecanismo de conducción eléctrica coherente basado en datos obtenidos de espectroscopia de impedancia láser asistida (ALIS). ), en el que la zeolita se sintetizó a partir de cenizas volantes de carbón recicladas. Los resultados obtenidos por SEM y XPS verificaron la presencia de partículas esféricas de TiO2 anatasa con presencia de estado Ti3+. Los resultados de ALIS mostraron que la impedancia de todo el sistema aumenta cuando aumenta la cantidad de TiO2 y las muestras con menor rendimiento capacitivo permitieron una mayor transferencia de cargas entre la interfaz sólido-líquido. Todos los resultados mostraron que el mayor rendimiento fotocatalítico del crecimiento de TiO2 sobre hidroxisodalita con 8,7% en peso y 25% en peso de TiO2 puede explicarse en términos de la morfología del TiO2 y las interacciones entre sustrato y TiO2 principalmente.

Entre los colorantes, los compuestos azoicos se utilizan ampliamente en las industrias alimentaria y textil; una cantidad considerable de las aguas residuales de dichas industrias se liberan al medio ambiente, lo que representa un peligro para los seres humanos y la vida acuática1,2. Debido a la alta estabilidad química de los tintes, los procesos de oxidación avanzados que utilizan fotocatálisis heterogénea permiten la purificación de esta clase de aguas residuales3. Entre los fotocatalizadores, el TiO2 es uno de los más utilizados en la fotodegradación de contaminantes debido a sus propiedades como alta eficiencia de oxidación, inercia química y biológica, alta fotoestabilidad, facilidad de producción y uso en comparación con otros, costo relativamente bajo y respetuoso con el medio ambiente4,5; así, el TiO2 ha sido utilizado y aún se estudia como material fundamental para mejorar los procesos fotocatalizadores6,7,8,9,10,11,12,13. Para mejorar el rendimiento del TiO2, este se cultiva y dispersa sobre un sustrato adecuado creando un material híbrido que utiliza las propiedades tanto del TiO2 como del sustrato. Uno de los sustratos utilizados para inmovilizar el TiO2 es la zeolita, que es un aluminosilicato hidratado formado por unidades tetraédricas de TO4 (T=Si, Al) unidas a través de un átomo de oxígeno; generan una estructura tridimensional con cavidades internas y poros de dimensiones moleculares interconectados por canales. Debido a la diferencia de estado de oxidación de los iones Al (+3) y Si (+4), aparece una carga negativa, que es neutralizada por los cationes intercambiables (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) y por las moléculas de agua adsorbidas que se colocan en los canales o jaulas de la estructura14,15. Las zeolitas son de origen natural o sintético y se utilizan en numerosas aplicaciones como agricultura16, salud17, hidrocarburos18 y tratamiento de la contaminación19. Las zeolitas sintéticas pueden sintetizarse a partir de materiales de desecho como restos de vidrio y aluminio20, cenizas volantes de carbón (CFA)21, desechos de litio22 y cáscara de arroz23, entre otros, por método hidrotermal, principalmente. La capacidad del fotocatalizador para degradar contaminantes mediante materiales TiO2@zeolita se debe a la propiedad del par electrón-hueco, promovido por la adsorción de luz por el TiO2 para producir radicales libres en medio acuoso, radicales capaces de oxidar compuestos orgánicos como colorantes azoicos4, 5. La eficiencia de la fotocatálisis del TiO2 depende del número de radicales libres producidos, lo que está influenciado por la capacidad de adsorción y la recombinación del electrón-hueco, principalmente. La dispersión de TiO2 en una zeolita busca resolver cualquier dificultad del TiO2—como la reducción de la tasa de recombinación electrón-hueco—, aumenta la adsorción y facilita la recuperación de una solución líquida24. Según la revisión de la literatura, la producción de materiales híbridos de TiO2@zeolita se ha reportado con zeolita comercial principalmente25,26,27,28; sin embargo, la literatura relacionada con el uso de zeolita sintetizada a partir de cenizas volantes de carbón para la producción de TiO2@zeolita es escasa24,29, por lo que aún no se comprende el mecanismo involucrado en las aplicaciones de fotocatálisis en esos materiales.

En un trabajo anterior30, reportamos la síntesis de TiO2@zeolita de bajo costo utilizando CFA tratada por método hidrotermal. Una variación de los parámetros experimentales permitió obtener dos muestras con hidroxisodalita y zeolita cancrinita como fase mayoritaria, estas muestras fueron etiquetadas como HYD y CAN respectivamente. Mediante el método de impregnación, se depositaron y dispersaron diferentes cantidades nominales de TiO2 (% en peso) en forma de isopropóxido de titanio en la superficie del HYD y el CAN por separado. Se confirmó que la fase estructural del TiO2 era anatasa mediante el empleo de difracción de rayos X, mediciones Raman y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. El estado de Ti3+, debido a las vacantes de oxígeno en la estructura del TiO2, se confirmó mediante mediciones de resonancia de espín electrónico. La degradación fotocatalítica de un colorante azoico se probó con naranja de metilo bajo radiación UV; Las muestras con menor cantidad de TiO2 (8,7% en peso y 25% en peso) depositadas en HYD mostraron un mayor rendimiento de degradación.

En este trabajo reportamos el estudio de las características superficiales y eléctricas de materiales híbridos TiO2@zeolita previamente sintetizados; Estos materiales, obtenidos con concentraciones diferentes de TiO2, se caracterizaron empleando mediciones de SEM, XPS y fotoimpedancia. El estudio tuvo como objetivo correlacionar las propiedades estructurales, morfológicas y eléctricas para proponer un mecanismo coherente sobre la transferencia de carga que explique la degradación fotocatalítica del naranja de metilo reportada previamente por este tipo de materiales.

La síntesis de TiO2@zeolita se describe brevemente en la referencia 30. El CFA se recolectó en la central eléctrica de la central Sochagota TermoPaipa IV (Boyacá, Colombia) y se pasó a través de un tamiz de malla 400 (38 μm) con una composición química principal de óxidos de Si y Al y una relación Si/Al de 2,4. El CFA fue activado por el método hidrotermal convencional. La zeolita hidroxisodalita (HYD) como fase mayoritaria se obtuvo utilizando 4,2 g de CFA mezclados en una solución de agua destilada de NaOH con una relación NaOH/CFA de 3,0 a 99,5 °C durante 24 h y post-tratamiento térmico a 500 °C. La zeolita cancrinita (CAN) como fase mayoritaria se sintetizó utilizando 10 g de CFA mezclados en una solución de agua destilada de NaOH con una relación NaOH/CFA de 1,7 a 95 °C durante 24 h y tratamiento post-calor a 500 °C.

La síntesis de los materiales híbridos se llevó a cabo de la siguiente manera: se impregnó TiO2 sobre dos CFA activados alcalinamente marcados como HYD y CAN. Se agregaron gota a gota diferentes cantidades nominales de TiO2 (% en peso), en forma de isopropóxido de titanio, a una solución de etanol con HYD y CAN, por separado, durante seis horas, bajo agitación magnética, a 60 °C. Las soluciones se secaron durante la noche a 90 °C en un horno de mufla. Los materiales híbridos se etiquetaron con relación al esquema de la Tabla 1.

El análisis químico de superficie se realizó mediante espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, XPS, utilizando un espectrómetro X(NAP-XPS) con un analizador PHOIBOS 150 1D-DLD, empleando una fuente de excitación de Al-Kα (1486,7 eV, 13 kV, 100 W) con un paso de 20 eV y 0,1 eV. Todos los espectros se calibraron con un pico de electrones C1s a 284,6 eV. Las características morfológicas de la superficie se observaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) utilizando un equipo LYRA3 TESCAN en modos de retrodispersión y secundario, y la composición química se obtuvo mediante espectroscopia de rayos X de energía dispersa (EDS).

Las propiedades eléctricas se estudiaron empleando mediciones de espectroscopía de impedancia láser asistida (ALIS) en oscuridad y bajo iluminación, utilizando un láser de estado sólido no polarizado TEM 00 de longitud de onda λ = 390 nm, con una potencia de 35 mW/cm2. Los datos se recopilaron utilizando una caja de conexiones casera basada en un conector Bayonet Neill-Concelman (BNC) para un medidor LCR de precisión Keysight E4980AL. Las mediciones se realizaron con una señal CA de 100 mV de amplitud en un rango de frecuencia entre 20 Hz y 1 MHz y con polarización CC cero. Los datos se ajustaron utilizando dos circuitos eléctricos equivalentes utilizando el software EIS Spectrum Analyzer 1.031. La muestra se colocó en una celda de forma cilíndrica compuesta por dos electrodos aislados de acero inoxidable separados por una junta tórica de politetrafluoroetileno. Se diluyeron 50 mg de los materiales híbridos en 200 ml de agua MilliQ; de esta solución se utilizó un volumen de 200 mL para realizar la medición.

Se obtuvieron mediciones de espectros XPS para analizar los estados químicos electrónicos y de superficie de las muestras. La Figura 1a, b muestra el espectro XPS completo de las muestras HYD-T-8.7 y CAN-T-8.7, respectivamente. Los espectros muestran señales de Al, Si, Na y Ti. Además, CAN-T-8.7 exhibe una señal proveniente de Fe. Al, Si y Na surgen de las zeolitas y otros aluminosilicatos que surgen de CFA tratados con álcalis; el Ti emerge principalmente del TiO2 impregnado y el Fe emerge del CFA. Todos los materiales híbridos, CAN-T y HYD-T, muestran espectros similares.

Amplios espectros XPS de las muestras (a) HYD-T-8.7 y (b) CAN-T-8.7.

Se realizaron espectros XPS de alta resolución para analizar los picos correspondientes a Ti2p (Fig. 2) y O1s (Fig. 3). Estos espectros fueron equipados con una función de pico gaussiano.

Espectros desconvolucionados del Ti2p para (a) materiales híbridos TiO2 (b – f) HYD-T y (g – k) CAN-T sintetizados.

Espectros desconvolucionados de los O1 para (a) materiales híbridos TiO2 (b – f) HYD-T y (g – k) CAN-T sintetizados.

Para el TiO2 sintetizado, dos picos a 458,5 eV y 464,4 eV emergen de la división espín-órbita. Los espectros desconvolucionados para TiO2 sintetizado contienen picos principales a 458,5 eV, 459,7 eV y 464,3 eV que pueden asignarse a Ti4+2p3/212, Ti3+2p1/213 y Ti4+2p1/232,33 respectivamente, Fig. 2a. Los picos correspondientes al estado Ti4+ se atribuyen al Ti4+ de la red de TiO2; el pico correspondiente al estado Ti3+ se atribuye a vacantes de oxígeno en la superficie.

En todas las muestras, HYD-T (Fig. 2b – f) y CAN-T (Fig. 2g – k), los picos aparecen alrededor de 458,5 eV y 464,3 eV, ambos correspondientes al estado Ti4+. El pico en torno a 459,7 eV del estado Ti3+ no se produce; sin embargo, una tercera señal emerge alrededor de 456 eV, que corresponde al estado Ti3+2p3/232. Para CAN-T-33.25, no se observó la contribución de la muestra del estado Ti3+ (Fig. 3i).

Para el TiO2 sintetizado, los espectros de alta resolución XPS de O1 contienen picos principales a 529,7 eV y 530,5 eV que pueden atribuirse a Ti – O – Ti34 y una vacante de oxígeno (VO) 33, respectivamente (Fig. 3a).

Los espectros XPS de O1 para materiales híbridos HYD-T (Fig. 3b-f) y CAN-T (Fig. 3g-k representan picos adicionales; estos se desconvolucionaron con picos a 529,7 eV, 530,5 eV, 531 eV, 531,5 eV, 532,4 eV y 534,8 eV, que pueden atribuirse a Ti – O – Ti34, vacantes de oxígeno33, Ti – O12, Al – O – Al / Si – O – Al35, SiO235 y O2 / H2O34 adsorbido, respectivamente.

La contribución relativa de la señal deconvolucionada a los espectros totales de la Fig. 2 y la Fig. 3 para cada una de las muestras se proporciona en la Fig. 4. Las barras al 100% en peso de TiO2 corresponden a la contribución del TiO2 sintetizado. El alto porcentaje de titanio en los materiales híbridos se refiere a un alto contenido de TiO2 en la superficie del sustrato. Para las muestras HYD-T, la contribución de Ti3+ disminuye cuando la carga de TiO2 aumenta hasta 33,25% en peso de TiO2, luego la contribución de Ti3+ aumenta cuando aumenta la carga de TiO2. Con respecto a las muestras CAN-T, la contribución de Ti3+ aumenta cuando la carga de TiO2 aumenta hasta 25% en peso de TiO2, luego la contribución de Ti3+ es cero para 33,25% en peso de TiO2, luego, la contribución de Ti3+ surge para 41,3% en peso de TiO2, esta contribución es menor que la contribución para 25% en peso de TiO2 y finalmente, la contribución de Ti3+ disminuye para 49,45% en peso de TiO2. Los resultados muestran que la contribución del estado Ti3+ en la fase TiO2 en la superficie de las muestras HYD-T se comporta de manera contraria a las muestras CAN-T en función de la cantidad de TiO2 cargado.

Contribución relativa a (a) O1, (b) pico Ti2p para HYD-T; (c) O1 y (d) pico Ti2p para materiales híbridos CAN-T.

La Figura 5 muestra las imágenes SEM de los materiales HYD-T. Se puede representar que la morfología de los materiales está compuesta por partículas con dos formas distintivas, principalmente. Las partículas tienen una forma llamativamente esférica en HYD-T-8.7, HYD-T-25 y HYD-T-33.25. La morfología del TiO2 cambia para cantidades más altas de TiO2 en las que las partículas tienen caras truncadas en las muestras HYD-T41.3 y HYD-T49.45, ambas formas con superficies lisas. Estas partículas corresponden al TiO2. Se observa que la agregación tiene lugar en partículas de TiO2 (es evidente en HYD-T-25), y hace que el tamaño de partícula sea mayor a 2,5 mm. Las partículas con forma de varillas y escamas corresponden a aluminosilicatos y el grado de agregación es menor que el de las partículas de TiO2. La agregación de partículas de TiO2 indica que la tasa de unión intrapartícula de TiO2 es mayor que la tasa de unión del sustrato de TiO2. La composición elemental se obtuvo mediante una sonda EDS. La Figura 5f-k muestra el mapa EDS para HYD-T-41.3.

Imágenes SEM de los materiales híbridos HYD-T para (a) 8,7, (b) 25, (c) 33,25, (d) 41,3 y (e) 49,45% en peso de TiO2, y (f – k) mapa EDS de la muestra. HYD-T-41.3 relacionado con la Fig. 2d.

La Figura 6 muestra las imágenes SEM de materiales CAN-T. Se puede observar que la morfología de los materiales presenta un comportamiento similar al de las muestras HYD-T. La forma esférica predomina en las partículas de TiO2 para CAN-T-25, CAN-T-33.25, CAN-T-41.3 y CAN-T-49.45; para cantidades más pequeñas de TiO2, la morfología cambia a caras truncadas en CAN-T-8.7. La superficie de las partículas de TiO2 presenta una superficie lisa. La agregación tiene lugar en partículas de TiO2 y es mayor en comparación con la agregación de partículas de TiO2 en muestras de HYD-T. Las partículas con forma de barras y escamas corresponden a aluminosilicatos. La unión del sustrato de TiO2 en esta muestra es mayor en comparación con la representada en las muestras de HYD-T. La Figura 6e-j muestra el mapa EDS para HYD-T-25. Los resultados muestran que la composición elemental se debe a los aluminosilicatos del sustrato y al TiO2, principalmente con la presencia de otros elementos, como el hierro, que provienen de CFA tratados.

Imágenes SEM de los materiales híbridos HYD-T para (a) 8,7, (b) 25, (c) 33,25, (d) 41,3 y (e) 49,45% en peso de TiO2, y (f) mapa EDS de la muestra CAN- T-25 relacionado con la Fig. 4b.

Para investigar el comportamiento eléctrico de las muestras, se midió la respuesta ALIS en la oscuridad y bajo luz ultravioleta; a partir de estas mediciones se obtuvieron los diagramas de Bode del HYD-T y CAN-T que se muestran en las Figs. 7 y 8 respectivamente. Los datos revelan un aumento de la impedancia cuando la muestra se ilumina con un comportamiento resistivo en frecuencias entre 103 y 105 Hz, y un comportamiento capacitivo por debajo de 103 Hz y por encima de 105 Hz. La impedancia tiende a aumentar cuando aumenta la cantidad de TiO2.

Gráficos de Bode de las muestras HYD-T en oscuridad (a) impedancia, (b) fase; bajo iluminación, (c) impedancia y (d) fase.

Gráficos de Bode de las muestras CAN-T en oscuridad (a) impedancia, (b) fase; bajo iluminación, (c) impedancia y (d) fase.

La Figura 9 muestra los gráficos de Nyquist en oscuridad y bajo iluminación para ambas series de materiales, HYD-T y CAN-T. Las curvas presentan dos semicírculos. Los radios de curvatura del semicírculo a baja frecuencia son mayores que a alta frecuencia, lo que aumenta cuando aumenta la cantidad de TiO2. Los radios de curvatura en cada muestra aumentan cuando se irradia.

Trazados de Nyquist de las muestras HYD-T y CAN-T en oscuridad y bajo iluminación.

Se instalaron diagramas de Nyquist de materiales HYD-T y CAN-T en condiciones de oscuridad e iluminación en un circuito eléctrico equivalente con resistencias, condensadores y un elemento de fase constante (CPE), como se muestra en las figuras 10a,b. Las impedancias equivalentes vienen dadas por las ecuaciones. (1) y (2) para materiales HYD-T y CAN-T, respectivamente:

donde ZC = 1/jωC, ZCPE = 1/P(j(ω − ω'))α. El elemento CPE se explica en términos de un parámetro fraccionario α y un parámetro P = ηC, en el que η es una función de calibración, donde R, C, P y α son parámetros ajustables. A toma un valor de + 1 o − 1 para una impedancia reactiva capacitiva o inductiva, respectivamente, y determina el significado de P36.

Circuito equivalente para (a) materiales híbridos HYD-T y (b) CAN-T; Procesos esquemáticos en los materiales híbridos (c) HYD-T y (d) CAN-T.

Los parámetros ajustables se informan en las Tablas 2 y 3 para muestras HYD-T y CAN-T, respectivamente. Los parámetros ajustados entre condiciones de luz y oscuridad presentan diferencias expresadas como porcentajes, registrados en la Tabla 2. La diferencia se calculó según la ecuación36:

Es importante dilucidar el mecanismo de conducción eléctrica de los materiales TiO2@zeolita; sin embargo, podría resultar complicado resolver el mecanismo de formación exacto. Este estudio investigó este tema considerando los siguientes hechos: (a) La distorsión de los semicírculos se atribuye a la contribución del grano y los límites del grano. (b) Un radio de curvatura mayor en los gráficos de Nyquist sugiere una menor transferencia de carga en la interfaz electrolito/electrodo37,38,39,40,41. El radio de los semicírculos aumenta cuando aumenta la cantidad de TiO2 tanto en las muestras HYD-T como en CAN-T, lo que indica que aumenta la resistencia de todo el sistema; por tanto, hay un aumento en la resistencia a la transferencia de carga a través de la interfaz sólido-líquido. Esas resistencias aumentan cuando aumenta la cantidad de TiO2 y la resistencia aumenta en cada muestra cuando los materiales se iluminan. (c) El aumento en la resistencia del sistema cuando aumenta la cantidad de TiO2 indica que la aglomeración de partículas de TiO2 (como se muestra en los resultados de SEM) aumenta la resistencia entre la interfaz TiO2-sustrato. Además, los aumentos en la aglomeración de partículas de TiO2 aumentan la resistencia en el TiO2. (d) El aumento en la resistencia del sistema cuando se ilumina indica que los fotoelectrones generados en TiO2 aumentan la concentración de carga en la superficie; aumenta la contribución de la capacitancia a la impedancia del sistema. Además, los radicales originados en la solución por procesos de oxidación son adsorbidos por el sustrato, o los fotoelectrones generados en TiO2 se recombinan en el sólido TiO2@zeolita.

De acuerdo a los hechos anteriores se sugiere el siguiente mecanismo coherente:

Para ambas series de muestras, HYD-T y CAN-T, el valor de ΔR2 es mayoritariamente positivo (excepto para HYD-T-41.3) y tiende a aumentar cuando aumenta la cantidad de TiO2 en el material, lo que significa que la resistencia bajo iluminación Disminuye, en comparación con la resistencia en la oscuridad. Esta resistencia se atribuye a la resistencia del TiO2 porque la densidad de electrones en la banda de conducción aumenta por la promoción de electrones de la banda de valencia por absorción de luz. El valor de ΔR2 es mayor en las muestras HYD-T que en las muestras CAN-T, lo que sugiere que hay una mayor densidad de electrones en la superficie de TiO2 en HYD-T que en las muestras CAN-T. Teniendo esto en cuenta, la capacitancia asociada a la superficie del TiO2 debe aumentar cuando el material se ilumina; por tanto, el valor de ΔC debe ser negativo. En las muestras CAN-T, ΔC2 se comporta como se esperaba; sin embargo, en muestras HYD-T, los valores de ΔC1 y ΔC2 son positivos. Estos resultados sugieren una mayor transferencia de electrones desde el material híbrido a la solución en las muestras HYD-T que en las CAN-T. Además, el circuito equivalente en las muestras HYD-T son dos condensadores en lugar de los tres condensadores en las muestras CAN-T. Por lo tanto, el sustrato de TiO2 en HYD-T fomenta la transferencia de carga y evita la acumulación de carga en la interfaz TiO2/sustrato y posteriormente en la interfaz híbrido-material/solución (ver Fig. 10c). Por el contrario, en las muestras CAN-T, hay una acumulación de carga en la interfaz TiO2/sustrato que evita la transferencia de carga del material híbrido al electrolito y exhibe una mayor recombinación electrón-hueco en el TiO2, especialmente en muestras con % en peso de TiO2 mayor que 25%, en el que la aglomeración de partículas de TiO2 (SEM Figs. 5 y 6) fomenta la recombinación electrón-hueco. Por lo tanto, el C2 es la capacitancia en la interfaz TiO2/sustrato en muestras CAN-T. C1 es la capacitancia en el electrodo/solución y R3 es la resistencia en la solución; ΔC1 y ΔR3 exhiben valores positivos, lo que indica que hay una disminución en la acumulación de carga en esta interfaz y una disminución de los portadores de carga en la solución debido a la transferencia de carga desde TiO2 y electrolito hacia el sustrato para neutralizar los sitios activos en las fases de zeolita. Por lo tanto, R1 está asociado con la resistencia del sustrato y C3 es la capacitancia en la interfaz TiO2/sustrato en materiales híbridos CAN-T (ver Fig. 10d). La disminución en los valores de C2 bajo iluminación (es decir, la disminución de la acumulación de carga entre muestra/electrolito y debido a la transferencia de carga para promover reacciones de oxidación y reducción en la superficie del TiO2 para generar radicales libres y ˙OH, la mayor cantidad de carbono libre radicales) es generado por HYD-T-8.7 y HYD-T-25. Estas muestras exhibieron la mayor degradación del tinte entre todas las muestras30.

Este trabajo estudió las propiedades superficiales y eléctricas de los materiales TiO2@zeolita previamente sintetizados utilizados para degradar naranja de metilo, en los cuales la zeolita se obtuvo a partir de CFA. Los resultados de XPS verificaron que TiO2 corresponde a anatasa con presencia del estado Ti3+. Las características morfológicas estudiadas por imágenes SEM muestran que las partículas de TiO2 se aglomeran formando partículas esféricas. El comportamiento eléctrico estudiado mediante mediciones ALIS permite concluir que la resistencia de todo el sistema aumenta cuando aumenta la cantidad de TiO2. Según los resultados de XPS, SEM y ALIS, el comportamiento eléctrico depende principalmente de las interacciones entre sustrato-TiO2 y sustrato/TiO2-líquido más que de la presencia de Ti3+ en la superficie. La mejor unión del sustrato de TiO2 en las muestras CAN-T aumenta el comportamiento capacitivo entre el sustrato y la interfaz de TiO2; sin embargo, la resistencia de todo el sistema es menor que en las muestras de HYD-T. Por el contrario, el bajo grado de unión del sustrato de TiO2 en las muestras de HYD-T disminuye el comportamiento capacitivo entre el sustrato y la interfaz de TiO2, lo que permite una mayor transferencia de cargas entre la interfaz sólido-líquido. A partir de los resultados, se propuso un mecanismo eléctrico coherente para explicar las diferencias en la degradación del naranja de metilo por muestras HYD-T y CAN-T; finalmente, el comportamiento eléctrico de los materiales híbridos producidos a partir de CFA y TiO2 es un mecanismo complejo que requiere información adicional. estudios aún no están completamente dilucidados.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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This work was financed by the Gobernación de Boyacá (Grant No. 733 Colciencias). We acknowledge Fundación Universitaria Los Libertadores and Universidad Nacional de Colombia.

Grupo Física de Materiales, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC), Avenida Central del Norte 39-115, 150003, Tunja, Boyacá, Colombia

GI Supelano & CA Viña Vargas

Fundación Universitaria Los Libertadores, Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas, Cra.16 # 63a-68, Bogotá, Colombia

F. Mesa

Grupo GIFAM, Universidad Antonio Nariño, Carrera 7 # 21-84, 150001, Tunja, Boyacá, Colombia

J. A. Mejía Gómez

Grupo de Materiales Nanoestructurados y sus Aplicaciones, Universidad Nacional de Colombia-Bogotá, Cra. 30, No. 45-03, Edificio 404 Lab. 121C, 11001, Bogotá, Colombia

A. Dusan

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Conceptualización, redacción, análisis formal, investigación SIG; conceptualización, redacción, análisis formal, investigación, recursos FM; conceptualización, recursos, supervisión CAPV, conceptualización, recursos, supervisión JAMG; conceptualización, redacción, análisis formal AD Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a F. Mesa.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Supelano, GI, Mesa, F., Vargas, CAP et al. Evaluación de propiedades superficiales y eléctricas de materiales híbridos TiO2@zeolita. Informe científico 13, 3650 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30529-8

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Recibido: 21 de noviembre de 2022

Aceptado: 24 de febrero de 2023

Publicado: 04 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30529-8

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