Evaluación comparativa de nanoestructuras de CeO₂ modificadas con sílice, sintetizadas química y ecológicamente, para la detección de amoníaco a temperatura ambiente en función del tiempo

Resumen

Se sintetizaron nanopartículas de sílice mediante dos rutas distintas: un proceso químico convencional y un enfoque verde sostenible utilizando bagazo de caña de azúcar. Estas nanopartículas se incorporaron a nanoestructuras de óxido de cerio (CeO₂) para su evaluación comparativa como sensores de gas de amoníaco (NH₃) a temperatura ambiente. La ruta química produjo sílice mediante la precipitación de silicato de sodio, mientras que la ruta verde extrajo sílice biológica de residuos agrícolas (bagazo de caña de azúcar). Ambos tipos de sílice se integraron con CeO₂ mediante un método de precipitación/recubrimiento para formar nanopartículas compuestas de CeO₂ modificadas con sílice, las cuales se utilizaron para fabricar dispositivos sensores quimiorresistivos. La caracterización estructural mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) reveló una morfología de CeO₂ alargada, en forma de varilla, distribuida en una matriz rica en sílice. La espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDS) confirmó la presencia de Si, Ce y O, lo que indica la formación exitosa del compuesto. Las pruebas de detección de gases demostraron que todos los sensores respondieron al NH₃ a temperatura ambiente, con una rápida disminución inicial de la resistencia tras la exposición al NH₃. La respuesta al gas (definida como el cambio en la relación de resistencia) alcanzó más del 600 % en segundos para los sensores nuevos y aumentó progresivamente con la exposición continua hasta los 10 minutos. Sin embargo, después de 15 minutos de exposición continua al NH₃, la respuesta del sensor se volvió negativa (~–11 %), lo que sugiere saturación de la superficie o adsorción irreversible de NH₃ en los sitios activos. Estos resultados sugieren que la sílice derivada del bagazo de caña de azúcar puede producir tendencias de respuesta al NH₃ ampliamente comparables a las de la sílice sintetizada químicamente en las presentes condiciones experimentales. No obstante, aún se requiere una comparación estadística completa con múltiples dispositivos para confirmar un rendimiento equivalente. La incorporación de sílice de origen ecológico proporciona, por lo tanto, una vía respetuosa con el medio ambiente para obtener sensores de gas de alto rendimiento a temperatura ambiente, aunque se necesitan pruebas de calibración y estabilidad a largo plazo para su posterior desarrollo.