Crecimiento y caracterización de películas de óxido de zinc por "sputtering" para su potencial aplicación en fotocatálisis

Propósito y Método del Estudio: El uso de películas fotocatalíticas presenta ciertas ventajas sobre el uso de fotocatalizadores en polvo, para el desarrollo de nuevas y mejores técnicas de aplicación práctica. Aunque se han hecho esfuerzos continuos por mejorar la calidad de películas de ZnO para diversas aplicaciones, es necesario explorar técnicas de depósito novedosas y relacionar las condiciones de trabajo con las características de las películas y su actividad fotocatalítica. En este trabajo se presenta un estudio sistemático sobre el crecimiento de películas delgadas de ZnO utilizando el método de RF “Sputtering” en atmósfera de argón. Las películas se prepararon a partir de blancos de ZnO sobre sustratos de vidrio; las condiciones de depósito exploradas se encuentran en el intervalo de potencia (100-300W), la temperatura del sustrato (23-500o C), el flujo de gas de proceso (15-35 SCCM) y el tiempo de depósito (5-60 min). Empleando las técnicas de caracterización de difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de transmisión (MET) se determinaron las características estructurales y el tamaño de partícula. La morfología se observó utilizando microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía de fuerza atómica (MFA). El espesor de las películas se midió utilizando un espectrofotómetro Filmetrics. Las propiedades ópticas se determinaron por espectroscopía de UV-Vis así como el ancho de banda prohibida utilizando la técnica de reflectancia difusa. La actividad fotocatalítica para degradar el colorante orange G se evaluó utilizando radiación UV (365 nm) en un reactor de vidrio. Contribuciones y Conclusiones: Los resultados muestran que la técnica de RF Sputtering utilizando atmósfera de argón produce películas con una orientación preferencial en el plano (002), en todas las condiciones exploradas. Se encontró que la temperatura del sustrato tiene una fuerte influencia en el tamaño de las partículas que componen las películas; mientras que la potencia influye en la cristalinidad, la morfología, la rugosidad y la tasa de depósito. No se observaron cambios significativos en el valor del ancho de banda prohibida. Todas las películas presentan en promedio, un valor de 3.2 eV. Las películas depositadas a 300W y temperatura ambiente, presentaron la mejor actividad fotocatalítica, logrando una decoloración mayor al 60% de una solución de 10 ppm del colorante Orange G en 24 horas. Además, estas películas presentan una alta estabilidad fotocatalítica; es decir, su comportamiento se mantiene constante después de 5 ciclos de degradación y no se observa desprendimiento del material. Aún a diferentes condiciones de pH. Lo anterior indica que la técnica de “Sputtering” es una alternativa para preparar películas fotocatalíticas de ZnO con buena adherencia y durabilidad