Silica-supported Multicomponent Materials for Environmental Remediation Biomedical and Energy Applications
La combinació de materials amb diferents propietats fisicoquímiques en suports nanoestructurats permet integrar múltiples funcionalitats amb potencials efectes sinèrgics. A més, l'assemblatge de materials multicomponent sobre suports pot evitar problemes dels materials ""lliures"...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:277575 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/277575 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Materials multicomponents Materiales multicomponentes Multicomponent materials Ciències Experimentals |
| Sumario: | La combinació de materials amb diferents propietats fisicoquímiques en suports nanoestructurats permet integrar múltiples funcionalitats amb potencials efectes sinèrgics. A més, l'assemblatge de materials multicomponent sobre suports pot evitar problemes dels materials ""lliures"", com la mala solubilitat i estabilitat limitada. Les partícules de sílice-mesoporosa amb volum de porus controlable i biocompatibilitat poden ser excel·lents suports per a catalitzadors, proporcionant alta àrea superficial, accessibilitat a reactius i aglomeració reduïda. Aquesta Tesi s'ha centrat en desenvolupar sistemes multicomponents catalítica i foto-catalíticament actius sobre nanoestructures de sílice-porosa. A la primera part es van fabricar nanoreactors galvànics-Fe/Au mitjançant auto-assemblatge de nanopartícules de sílice-porosa i evaporació per feix d'electrons per construir semicapes de Fe/Au. La capa d'Au va millorar l'activitat catalítica induint una diferència de potencial electroquímic, on les capes de Fe i Au van actuar com a ànode i càtode, respectivament. Aquest sistema va promoure l'eficient alliberament de Fe a Fe2+ i transferència d'electrons a la capa d'Au per generar in-situ H2O2, desencadenant la reacció Fenton. El Fe2+ alliberat va catalitzar la descomposició de l'H2O2 en radicals-hidroxil reactius, sense additius o energia externs a pH-neutre. La producció d'H2O2 in-situ, detectada mitjançant reacció enzimàtica, va mostrar una concentració 36-vegades més gran en el nanoreactor-Fe/Au comparat amb els nanoreactors-Fe. L'alta reactivitat es va demostrar mitjançant la degradació eficient dels contaminants orgànics blau-de-metilè i tetraciclina amb dosi mínima de catalitzador. Els nanoreactors-Fe/Au van mostrar una constant-cinètica 5-vegades més alta i major eficiència de degradació/mineralització comparada amb els nanoreactors-Fe. Els reactors-galvànics-Fe/Au van exhibir reaccions Fenton sense precedents en sistemes de Fe a pH7 sense H2O2 afegit, mostrant una de les constants-cinètiques-normalitzades més altes. Aquests nanoreactors galvànics podrien tenir aplicacions atractives en teràpies locals basades en ROS. A la segona part es van desenvolupar nanoreactors-MoS2/Cu fotocatalíticament actius sobre nanopartícules de sílice-mesoporosa mitjançant síntesi hidrotermal i deposició física de vapor. El MoS2 va mostrar dues fases semiconductores: trigonal-prismàtica-2H i distorsionada-octaèdrica-1T'. A la fase-2H-semiconductora, l'orbital-d es divideix en tres bandes separades, mostrant menor transferència de càrrega i una banda-prohibida de 1.9eV. No obstant això, a la fase-1T', l'orbital-d parcialment ple posseeix una banda prohibida molt petita, facilitant major transferència de càrrega. La fase-1T' va exhibir més densitat de defectes actius per a processos redox. La deposició d'una capa fina de Cu, oxidada a Cu2O, va permetre generar una heterounió, facilitant més la separació de fotoportadors i absorció de llum. Aquests atributs del reactor-MoS2/Cu van permetre una actuació fotocatalítica eficient amb llum blanca i infraroja propera. L'activitat fotocatalítica va ser comprovada per la degradació dels contaminants orgànics Tetraciclina i Anatoxina-A. Els nanoreactors-MoS2/Cu van mostrar excel·lent activitat fotocatalítica sota llum blanca a pH6 i pH8, alta robustesa i degradació mínima després de 10-cicles catalítics. A més, els nanoreactors il·luminats amb llum infraroja propera a la primera finestra biològica van poder matar de manera eficient cèl·lules canceroses in-vitro malgrat la gran separació (100µm) entre nanoreactors i cèl·lules. Aquests resultats, combinats amb la baixa citotoxicitat, demostren el potencial dels nanoreactors-MoS2/Cu per a aplicacions ambientals i de salut. L'última part recull resultats preliminars de nanoreactors termocatalítics-Ni/Pt per a la conversió d'àcid levulínic a γ-Valerolactona mitjançant hidrogenació per transferència catalítica utilitzant àcid fòrmic com a donant d'hidrogen. Aquests reactors es van fabricar sobre nanopartícules de sílice-porosa auto-ensamblades mitjançant evaporació per feix d'electrons i tractament tèrmic, permetent un aliatge de Ni/Pt i distribució de Pt a la capa de Ni per millorar l'activitat catalítica. L'eficiència fototèrmica dels nanoreactors-Ni/Pt els converteix en candidats prometedors per a aplicacions fototermo-catalítiques. En resum, aquesta tesi ha demostrat la versatilitat dels nanomaterials multicomponents catalítics/fotocatalítics suportats, podent obrir el camí a aplicacions prometedores en remediació ambiental, tractaments basats en ROS o conversió d'energia. |
|---|