Procedimiento para la síntesis de titanias funcionalizadas in situ y el uso de las mismas.

La presente invención se refiere a un procedimiento de síntesis de titanias funcionalizadas a partir de un precursor de titanio y al uso de las mismas en procesos de fotocatálisis y para la degradación de compuestos orgánicos.

Procedimiento para la síntesis de titanias funcionalizadas in situ y el uso de las mismas.

Campo de la invención 5

La presente invención se encuadra en general en el campo de la química de materiales y se refiere en particular a materiales híbridos de base Titania con diferentes funcionalidades químicas incorporadas en su estructura.

Estado de la técnica

Las titanias funcionalizadas constituyen uno de los materiales híbridos más importantes dentro de los campos de la ciencia de materiales y nanociencia y nanotecnología, dado que tienen incidencia en aplicaciones estructurales y funcionales. 15

Dichos materiales híbridos están formados por una red inorgánica, en la cual se incorporan diferentes unidades (bien orgánicas, bien inorgánicas) . Estas redes inorgánicas pueden ser, por ejemplo, de base silícea, lo que en presencia de surfactantes da lugar a las PMO's (organosilíces periódicas mesoporosas) . La incorporación en estas 20 redes de diferentes funcionalidades orgánicas o inorgánicas puede incrementar sus aplicaciones en campos como la adsorción, catálisis, fotónica y microelectrónica.

Alternativamente a las redes basadas en sílice, se pueden utilizar redes inorgánicas de titanio. Varios estudios se han centrado en realizar dicha incorporación modificando los 25 precursores del titanio (Schubert U., J. Mater. Chem., 15, 2005, 3701) , pero están muy lejos de conseguir los buenos resultados obtenidos con las PMO's. Por ello, otra posibilidad es incorporar directamente compuestos orgánicos en la superficie de titanias previamente sintetizadas. Es posible modificar la titania comercial P25 Degussa mediante la unión covalente de un compuesto orgánico sobre su superficie obteniendo materiales 30 con una actividad fotocatalítica mejorada en un 43%, respecto de la P25 Degussa (Eibanowski M., Mkowska B., Journal of Photochemistr y and PhotobiologT A: Chemistr y , 99, 1996, 85) . Mediante adsorción química se modificaron tilanias superficialmente con soluciones saturadas de ácido 5-sulfosalicílico, mejorando en un 44% la eficiencia en reacciones de degradación de p-nitrofenol (Li S., Zheng F., Liu X, Wu F., Oeng N., Yang 35 J., Chemosphere, 61, 2005, 589) .

Dada la aplicación de las titanias en procesos de conversión energética (celdas solares) , se han estado incorporando complejos metálicos, en concreto de rutenio, mediante modificación post-sintética de TiO2 o incorporación directa de rutenio metálico a través de 40 sustitución isomórfica.

En todos los casos, las propiedades fotocatalíticas de los materiales híbridos son superiores a las de la titania sin modificar. A la vista de lo comentado anteriormente, se observa como la modificación de titanias mediante incorporación de funcionalidad 45 química presenta mejoras en las propiedades de estos materiales, sobre todo en cuanto a su actividad fotocatalítica se refiere.

Hasta ahora, según lo descrito en la bibliografía, las titanias funcionalizadas se han sintetizado por métodos basados en la incorporación de las diferentes funcionalidades 50 (compuestos orgánicos o de coordinación) de forma superficial en la titania, tradicionalmente por métodos post-sintéticos. Esto lleva asociado numerosas desventajas en los materiales finales, como una baja dispersión y adsorción de la funcionalidad, bloqueo parcial de los poros del material y bajo control de la fase activa, entre otros.

Existe pues la necesidad de proporcionar un método de síntesis de materiales híbridos de 5 base titania con la funcionalidad incorporada directamente en la pared de la titania, que evite así todos los inconvenientes comentados anteriormente y manteniendo las propiedades texturales, estructurales y morfológicas de la titania sin modificar, pero con propiedades fotocatalíticas mejoradas.

La versatilidad de la metodología presentada para la síntesis in situ de estas titanias permite la incorporación de diversas funcionalidades directamente en su estructura, posibilitando la obtención de materiales híbridos basados en Titania que presentan propiedades más eficaces que las preparadas mediante métodos tradicionales.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a titanias funcionalizadas o dopadas y al procedimiento de obtención de las mismas.

Así pues en un primer aspecto, la presente invención se refiere a titanias funcionalizadas que comprende una red inorgánica de óxido de titanio caracterizada por que la funcionalidad química está incorporada en dicha red inorgánica. En una realización más en particular, la funcionalidad química de la titania es un compuesto orgánico, un ligando o un compuesto de coordinación. En otra realización más en particular, la funcionalidad 25 de la titania es un compuesto orgánico, más en particular, el compuesto orgánico es seleccionado de entre acido oxálico, 4, 6-dihidroxipirimidina, hidroquinona, ácido tereftálico o p-fenilendiamina. En otra realización más en particular, la funcionalidad de la titania es un compuesto de coordinación, más en particular, el compuesto de coordinación es un compuesto de coordinación de rutenio. 30

"Titanias funcionalizadas" en la presente invención designa titanias que incorporan grupos funcionales en la superficie (grafting) o en la estructura de la titania (in situ) . Estos últimos materiales incluyen titanias dopadas con distintos compuestos funcionales en su estructura. En la presente invención titania funcionalizada y dopada se utilizarán 35 indistintamente.

"Compuesto funcional" en la presente invención designa un compuesto que comprende un grupo funcional en su estructura siendo el responsable de la funcionalidad incorporada en la titania, en la presente invención compuesto funcional y funcionalidad se utilizarán 40 indistintamente.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la síntesis in situ de titanias funcionalizadas (de ahora en adelante, procedimiento de la presente invención) que comprende las siguientes etapas: 45

a) Mezclar un precursor de titania con un compuesto funcional en un disolvente o mezcla de disolventes,

b) añadir agua a la mezcla obtenida en a) para obtener un gel, 50

c) secar el gel obtenido en el paso b) para obtener la titania funcionalizada.

Por "síntesis in situ" en la presente invención nos referimos a la incorporación de la funcionalidad en la estructura de la titania mediante la ce-hidrólisis del precursor de titanio con el compuesto funcional. 5

Por "síntesis mediante grafting'' nos referimos a la incorporación del grupo funcional en la superficie de la titania mediante la hidrólisis del mismo con los grupos superficiales de una titania previamente sintetizada.

En una realización en particular, en la etapa a) se le añade un surfactante.

En una realización en particular, el precursor de titania es un alcóxido de titanio, más en particular, el alcóxido de titanio es seleccionado de entre butóxido de titanio (IV) o isopropóxido de titanio (IV) . No obstante, cualquier alcóxido de titanio puede servir como 15 precursor de titania.

En una realización en particular, el disolvente de la etapa a) es el etanol.

En una realización más en particular, el compuesto funcional o funcionalidad incorporada 20 es un compuesto orgánico, un ligando o un compuesto de coordinación. En una realización más en particular, el compuesto funcional o funcionalidad incorporada es un compuesto orgánico, más en particular, el compuesto orgánico es seleccionado de entre acido oxálico, 4, 6-dihidroxipirimidina, hidroquinona, ácido tereftálico o p-fenilendiamina. En otra realización más en particular, el compuesto funcional o funcionalidad incorporada 25 es un compuesto de coordinación, más en particular, el compuesto de coordinación es un compuesto de coordinación de rutenio.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a una titania funcionalizada o dopada (de ahora en adelante titanias de la presente invención) obtenida por el procedimiento de 30 la presente invención.

Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso de las titanias de la presente invención en procesos de fotocatálisis.

Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso de las titanias de la presente invención para la degradación de componentes orgánicos.

Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso de las titanias de la presente invención para la fabricación de células fotovoltaicas. 40

Breve descripción de las figuras

La figura 1 muestra los patrones de difracción de las titanias mesoporosas sintetizadas in situ con diferentes compuestos orgánicos incorporados... [Seguir leyendo]

1. Titania funcionalizada que comprende una red inorgánica de óxido de titanio caracterizada por que la funcionalidad química está incorporada en la red inorgánica.

2. Titania funcionalizada según la reivindicación 1 caracterizada por que la funcionalidad química es un compuesto orgánico, un ligando o un compuesto de coordinación.

3. Titania funcionalizada según la reivindicación 2, caracterizada por que el compuesto orgánico es seleccionado de entre acido oxálico, 4, 6-dihidroxipirimidina, hidroquinona, 10 ácido tereftálico o p-fenilendiamina.

4. Titania funcionalizada según la reivindicación 2, caracterizada por que el compuesto de coordinación es un compuesto de coordinación de rutenio.

5. Procedimiento para la síntesis de titanias funcionalizadas que comprende las siguientes etapas:

a) Mezclar un precursor de titania con un compuesto funcional en un disolvente o mezcla de disolventes, 20

b) añadir agua a la mezcla obtenida en a) para obtener un gel,

c) secar el gel obtenido en el paso b) para obtener la titania funcional izada.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque en la etapa a) se añade un surfactante.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, caracterizado porque el precursor de titania es un alcóxido de titanio. 30

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el alcóxido de titanio es seleccionado de entre butóxido de titanio (IV) o isopropóxido de titanio (IV) .

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-8, caracterizado por que el 35 disolvente es etanol.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-9, caracterizado por que el compuesto funcional es un compuesto orgánico, un ligando o un compuesto de coordinación. 40

11. Procedimiento según la reivindicación 10 caracterizado por que el compuesto orgánico es seleccionado de entre acido oxálico, 4, 6-dihidroxipirimidina, hidroquinona, ácido tereftálico o p-fenilendiamina.

12. Procedimiento según la reivindicación 10 caracterizado por que el compuesto de coordinación es un compuesto de coordinación de rutenio.

13. Titania funcionalizada o dopada obtenida por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-12. 50

14. Uso de la titania según la reivindicación 13 en procesos de fotocatálisis.

15. Uso de la titania según la reivindicación 13 para la degradación de componentes orgánicos.

16. Uso de la titania según la reivindicación 13, para la fabricación de células fotovoltaicas.