Foto-Electrooxidación del Bisfenol A (BPA) empleando un óxido mixto de WO3-TIO2

Abstract

RESUMEN:La foto-electrooxidación del bisfenol A (BPA) en la interfaz de materiales nanoestructurados TiO2 y WO3-TiO2 fue estudiada bajo condiciones neutras. Los materiales evaluados fueron sintetizados por el método de sol-gel y caracterizados física y químicamente a través de ensayos de difracción de rayos X (DRX), espectroscopía UV-Vis de reflectancia difusa (DRS), microscopia electrónica de transmisión de alta resolución (HR-TEM) y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS). Posteriormente, la caracterización electroquímica de los materiales se llevó a cabo. Los resultados de DRX indicaron la formación de la fase anatasa y la presencia de WO3 monoclínico. Tanto la caracterización por DRX como por HR-TEM mostraron nanopartículas de TiO2 con diámetros de 14.8 a 24 nm y para WO3 ca. 5 nm. El análisis de XPS confirmó la presencia de W6+ y Ti4+, los cuales corresponden a las especies de WO3 y TiO2. Las propiedades semiconductoras de las heteroestructuras sintetizadas fueron evaluadas en KCl 0.1 M usando voltametría cíclica, voltametría lineal, cronoamperometría y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). El análisis electroquímico confirmó la formación de sitios bronce de óxido de tungsteno (WO3–(OH)ads) en medio neutro, y se propone que las especies son las responsables de la oxidación del BPA. El análisis de los espectros de frecuencia para las partes real e imaginaria de la impedancia compleja en condiciones de oscuridad y radiación visible permitió el estudio de los fenómenos de transferencia de carga global que se presentan en el semiconductor, dentro del electrolito y del comportamiento de la doble capa en el interfaz semiconductorelectrolito. Los resultados demostraron que la presencia del WO3 bajo irradiación visible mejoró la transferencia electrónica interfacial, por lo que los procesos redox en la doble capa oxidaron con mayor rapidez a la molécula de prueba debido a que tanto el potencial de banda plana y la resistencia a la transferencia de carga disminuyeron. Por lo tanto, se concluye que la foto-electrooxidación del BPA es mejor al emplear la nanoestructura WO3-TiO2 ya que se obtiene una transferencia electrónica interfacial más eficiente. ABSTRACT:The photo-electrooxidation of bisphenol A (BPA) at the interface of the nanostructured materials TiO2 and WO3-TiO2 was studied under neutral conditions. The tested materials were synthesized via the sol-gel method and characterized by X-ray diffraction (XRD), UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), highresolution transmission electron microscopy (HRTEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Electrochemical characterization was also performed. X-ray diffraction indicated the formation of pure anatase phase and the presence of monoclinic WO3. XRD-HRTEM revealed WO3 nanoparticles of ca. 5 nm in diameter and anatase nanoparticles of 14.8-24 nm. XPS analysis confirmed the predominance of W6+ and Ti4+, which correspond to WO3 and TiO2 species. The semiconductor properties of the synthesized composites were evaluated in 0.1 M KCl using cyclic voltammetry, linear sweep voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical analysis confirmed the formation of tungsten oxide bronze sites, and it is proposed that WO3–(OH)ads species are responsible of BPA oxidation. The analysis of the frequency spectra for the real and imaginary parts of the complex impedance under darkness and visible irradiation conditions allowed the study of the global charge transfer phenomena that occur in the semiconductor, within the electrolyte and the behavior of the double layer in the semiconductor-electrolyte interface. The results showed that the presence of WO3 and visible radiation improves the interfacial electron transfer, so that redox processes in the double layer oxidize the test molecule faster because both the flatband potential and the charge transfer resistance decreased. On the basis of these results, it is concluded that WO3-TiO2 improves photo-electrooxidation of BPA since an interfacial electronic transfer is obtained with greater efficiency.