Desarrollo de películas delgadas nanoestructuradas de Ti/TiO2 mediante PVD para aplicaciones electroquímicas.

Abstract

El desarrollo de nuevos materiales en forma de película delgada es cada vez más importante en la ingeniería de superficies, especialmente cuando se trata de aplicaciones catalíticas o enfoque electroquímico. La utilización de materiales nanoestructurados contribuye a que los procesos electroquímicos avanzados sean procesos “más ecológicos” que los convencionales, además permite aportar nuevas propiedades a los mismos, como el número de sitios activos y la mejora de la conductividad. Por lo tanto, mejora el mecanismo de catálisis heterogéneo en la superficie del electrodo; esto es primordial ya que hace aumentar la velocidad de las reacciones electroquímicas que pueden ser los pasos limitantes de la velocidad en el tratamiento electrocatalítico. Las películas delgadas tienen la capacidad de actuar como capa catalítica acelerando la evolución de oxígeno en un sistema electroquímico. Estas películas deben tener buena adherencia, gran área de superficie lisa y rugosa para proporcionar sitios activos para que los radicales hidróxidos y las moléculas orgánicas presenten enlaces fuertes. Las películas delgadas fueron producidas mediante la técnica de PVD-RMS sobre sustratos de acero 316L. El desempeño de películas delgadas de titanio/óxido de titanio (Ti/TiO2) para electroquímica fueron analizadas en una celda de tres electrodos: como electrodo de trabajo se utilizó las películas delgadas de Ti/TiO2, como electrodo de referencia se utilizó Ag/AgCl acuoso y finalmente como contraelectrodo un alambre de platino. Los parámetros de deposición tales como potencia, modo de alimentación de oxígeno y temperatura fueron modificados con la finalidad de determinar el mejor recubrimiento para la aplicación. Los recubrimientos y sustrato fueron caracterizados mediante las técnicas: microscopia óptica, microscopia electrónica de barrido y microscopia de fuerza atómica. La caracterización mecánica fue realizada utilizando la técnica de nanoindentación y la prueba de dureza de Rockwell C en conjunto de la norma VDI-3198 para evaluar la adhesión de las películas delgadas. La caracterización electroquímica se realizó mediante voltamperometría cíclica y cronoamperometría. Las películas delgadas con mejor desempeño estructural y mecánico fueron sometidas a pruebas electroquímicas. Se obtuvieron películas con espesores entre 288-447 nm. Los resultados presentan que la mejor película de Ti/TiO2 es depositada a una potencia de deposición de 160 W, con modo de alimentación de oxígeno constante y temperatura de 200°C, necesitando menor cantidad de corriente eléctrica (1,165 µA) para poder generar la evolución de O2, asimismo de presentar la mayor estabilidad de electrodo en comparación con las demás muestras e incluso el sustrato.