Evaluación y caracterización de nanotubos de TiO2 sintetizados por vía hidrotérmica con aplicación en ingeniería de materiales

Evaluation and characterization of TiO2 nanotubes synthesized via hydrothermal method with application in materials engineering

Los nanotubos de dióxido de titanio (TiO₂-NTs) han llamado la atención en los últimos años debido a su amplia gama de propiedades tales como la actividad eléctrica, óptica, fotocatalítica y la compatibilidad biológica, entre otras. En este trabajo, se sintetizaron TiO₂-NTs con un diámetro promedio entre 65-100 nm mediante la vía hidrotérmica y se caracterizaron física, química y biológicamente (SEM, XRD, FTIR y cultivo in vitro), encontrándose otras estructuras como nanohojas y microtubos. Condiciones de síntesis como pretramiento de precursores, concentración de NaOH y tiempo de reacción se estudiaron a través de dos diseños experimentales con el fin de obtener morfologías y tamaños óptimos. Se propuso un mecanismo de crecimiento para comprender la formación de nanotubos. Finalmente, el material obtenido fue usado como catalizador en la fotodegradación del colorante azo Orange II, obteniendo así una superficie de respuesta con un valor de degradación del 97% a pH 8, con concentración de H₂O₂ de 1,5 g/L y una concentración de colorante inicial de 25 ppm.

INTRODUCCIÓN

En el ámbito de investigación de nuevos materiales a escala nanométrica, estructuras como los nanotubos de carbono han sido ampliamente estudiados y trabajados con el fin de buscar aplicaciones al servicio de la humanidad. Adicionalmente, se han reportado otros tipos de nanotubos a base de silicio, nitruro de boro, grafenados y de dióxido de titanio (TiO₂-NTs), los cuales han llamado la atención en los últimos años debido a su amplio rango de propiedades eléctricas, ópticas, fotocatalíticas y biológicas (1, entre otras.

Para sintetizar TiO₂-NTs hay tres vías: la hidrotérmica 2, anodización (3 y por membranas 4. Siendo la vía hidrotérmica la ruta menos usada en comparación con la anodización, con la ventaja de escalarse industrialmente con un estudio más avanzado en cuanto a las condiciones óptimas 5. La síntesis hidrotérmica se basa en el uso de un reactor de tipo teflon-lined donde se introduce una solución alcalina concentrada con el precursor de TiO₂ y luego se lleva a un autoclave por varias horas a presión y temperaturas por encima de 100 °C 4), (6 obteniendo estructuras nanotubulares.

Entre las aplicaciones de los TiO₂-NTs se han reportado estudios relacionados con: liberación de fármacos 7, como catalizador en celdas solares (dye sensitized sollar cell)8 y recubrimiento de implantes óseos 9, logrando buenos resultados en cuanto actividad celular y recuperación ósea tanto in vitro como in vivo10.

En cuanto a las propiedades fotocatalíticas de TiO₂, es sabido que las características significativas de estos materiales recaen en el bandgap (diferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la inferior de la banda de conducción), morfología, área superficial, estabilidad y reusabilidad.