semiconductores

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MATERIALES
PROYECTO DE INVESTIGACION
INFLUENCIA DEL DOPADO CON PLATA A SEMICONDUCTORES DE ÓXIDODE
ZINC SOBRE SU ACTIVIDAD FOTOCATALITICA PARA LA
DESCONTAMINACION DEL AGUA
AUTORES: GANOZA PLASENCIA, LUIS SANTIAGO
ORTECHO ENRIQUEZ, CIELO BELEN
PIMENTEL VARGAS, JULIO FRANCISCO
TANANTA LEYVA, SUSANA JIMENA
YNFANTE MEDINA, JORDAN LUDWYN
ASESOR: Dr. DIAZ DIAZ, ALEX FABIAN
TRUJILLO, 2022
Nº de registro: ……..

2. 2
INDICE
I. GENERALIDADES............................................................................................................4
1. Titulo...................................................................................................................................4
2. Personal investigador .........................................................................................................4
3. Tipo de Investigación.........................................................................................................6
5. Localidad e institución donde se desarrollará el proyecto.................................................6
5.1. Localidad: Trujillo .......................................................................................................6
6. Duración del proyecto: 12 meses.......................................................................................7
7. Cronograma de actividades por etapas Tabla 1 .................................................................7
8. Recursos.............................................................................................................................8
9. Presupuesto .......................................................................................................................16
10. Financiación...................................................................................................................16
II. PLAN DE INVESTIGACION .........................................................................................17
1. Realidad Problemática ...............................................................................................17
2. Antecedentes..............................................................................................................18
2.1. Antecedentes Empíricos .....................................................................................18
2.2. Antecedentes Teóricos........................................................................................22
3. Justificación del problema .........................................................................................34
4. Problema ....................................................................................................................34
6.1. Objetivo General ................................................................................................35
6.2. Objetivos Específicos .........................................................................................35
7. Diseño Metodológico.............................................................................................36
7.1. Material de estudio .............................................................................................36
8.1. Diseño de Investigación .....................................................................................36

3. 3
8.2. Operalización de las Variables ...........................................................................38
8.3. Procedimiento Experimental ..............................................................................39
8.4. Cálculos ………………………………………………………………………..40
III. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS............................................................................41

4. 4
I. GENERALIDADES
1. Titulo
“Influencia del dopado con plata a semiconductores de óxido de zinc sobre su
actividad fotocatalítica para la descontaminación del agua”.
2. Personal investigador
2.1. Autores
Apellidos y Nombres: Ganoza Plasencia, Luis Santiago
E-mail: lganozap@unitru.edu.pe
Código: 1053500417
N° telefónico: 937 776 224
Dirección: San Agustín 1940
Apellidos y Nombres: Ortecho Enríquez, Cielo Belén
E-mail: cortechoe@unitru.edu.pe
Código: 1053500819
N° telefónico: 914 613 971
Dirección: Calle Libertad 277-Laredo

5. 5
Apellidos y Nombres: Pimentel Vargas, Julio
E-mail: jpimentelv@unitru.edu.pe
Código: 1513500219
N° telefónico: 982282276
Dirección: Jr. 22 de febrero-La Esperanza
Apellidos y Nombres: Tananta Leyva, Susana Jimena
E-mail: stananta@unitru.edu.pe
Código: 1013500519
N° telefónico: 991206133
Dirección: Av. Pablo Casals Mz A-lote 7
Apellidos y Nombres: Ynfante Medina, Jordan Ludwyn
E-mail: jynfantem@unitru.edu.pe
Código: 1013500717
N° telefónico: 914 910 786
Dirección: Covicorti Mz N3 lote 16

6. 6
2.2. Asesor
Apellidos y Nombres: Dr. Díaz Díaz, Alex Fabian
Grado: Dr. en Ingeniería Ambiental
E-mail: didialfa@gmail.com
N° telefónico: 957239951
Dirección: 120 Los Helechos, Huanchaco - Trujillo
3. Tipo de Investigación
3.1. De acuerdo al fin que se persigue: Aplicada
3.2. De acuerdo a la técnica de contrastación: Correlacional-experimental
4. Régimen de Investigación: Orientada
5. Localidad e institución donde se desarrollará el proyecto
5.1. Localidad: Trujillo
5.2. Institución: Universidad Nacional de Trujillo
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería de Materiales
Laboratorio de Materiales Electrónicos

7. 7
6. Duración del proyecto: 12 meses
• Inicio: Julio 2022
• Termino: Agosto 2023
7. Cronograma de actividades por etapas
Tabla 1
Cronograma de trabajo por actividades
ETAPAS DEL
PROYECTO
TIEMPO (12 MESES)
Jul. Ago. Sept. Oct. Nov. Dic. Ene. Feb. Mar. Abr. May. Ago.
7.1.Recopilación
bibliográfica
X X X
7.2.Recolección
de datos
X X X X
7.3.Análisis de
resultados
X X X X
7.4.Elaboración
del informe
X X X X X
7.5.Presentación
y publicación
X X X

8. 8
8. Recursos
8.1. Recursos Disponibles
8.1.1. Personal
05 Estudiantes de Ingeniería de Materiales
01 Docentes del Departamento de Ingeniería de Materiales
8.1.2. Bienes
Tabla 2
Clasificador de gastos bienes de recursos disponibles
CLASIFICADOR
DE
GASTOS
ÍTEMS Cantidad Unidades Costo
Unitario
(S/.)
COSTO
TOTAL
(S/.)
2.3.18.2 MATERIAL, INSUMO, INSTRUMENTAL Y ACCESORIOS DE
LABORATORIO
2.3.18.21 Material, instrumental y accesorios de laboratorio 11618.00
Vaso de precipitación
(100 ml)
04 ml 15.00 60.00
Laminas porta objetos 04 - 13.50 54.00

9. 9
Bureta graduada (25) 01 ml 25.00 25.00
Pipeta graduada (10) 01 ml 15.00 15.00
Crisol 02 - 373.00 373.00
Gotero 01 - 30.00 30.00
Horno eléctrico 01 - 2300.00 2300.00
Agitador Magnetico 01 - 1200.00 1200.00
Tubos de ensayo 04 ml 4.00 16.00
Spin Coater 01 - 7400.00 7400.00
Matraz erlenmeyer
(250)
01 ml 20.00 20.00
Mandiles
guardapolvos
05 Unidades 25.00 125.00
2.3.199.1 COMPRA DE OTROS BIENES
2.3.199.11 Herramientas 19.00
Cortador de vidrio Unidad 19.00 19.00
2.6.32.3 ADQUISICIÓN DE EQUIPOS INFORMÁTICOS Y DE
COMUNICACIÓN

10. 10
2.6.32.31 Equipos computacionales y periféricos 2260.00
Computadora AMD
A8
01 Unidad 1600.00 1600.00
Impresora HP 01 Unidad 250.00 250.00
Cámara digital
fotográfica
01 Unidad 400.00 400.00
Memoria USB
Kingston
01 Unidad 20.00 20.00
2.6.32.9 AQUISICIÓN DE MAQUINARIA Y EQUIPOS DIVERSOS
2.6.32.95 Equipos e instrumentos de medición 2345.00
Balanza digital H.W.
Kessel
01 Unidad 2000.00 2000.00
Ph metro digital -
Checker
01 Unidad 300.00 300.00
Termómetro digital –
Omega (0 – 100 °C)
01 Unidad 45.00 45.00
TOTAL S/. 8341.00

11. 11
8.1.3. Servicios
Tabla 3
Clasificador de gastos servicios de recursos disponibles
CLASIFICADOR
DE
GASTOS
ÍTEMS Cantidad Unidades Costo
Unitario
(S/.)
COSTO
TOTAL
(S/.)
2.3.22.1 SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA, AGUA Y
GAS
50.00
2.3.22.12 Servicio de energía
eléctrica
77 kw/h 25.00 35.00
2.3.22.12 Servicio de agua y
desagüe
20 litros 15.00 15.00
2.3.27.2 SERVICIO DECONSULTORÍAS, ASESORÍAS Y SIMILARES
DESARROLLADOS POR PERSONAS NATURALES
2.3.27.2.99 Otros servicios similares ------
Hemeroteca de
Ingenieria de
Materiales
50 horas ---- ----
Biblioteca de
Ingenieria de la
50 horas ---- ----

12. 12
Universidad
Nacional de
Trujillo
Espectrofotómetro
UV- VIS JASCO
serie 570
12 Muestras ---- Servicio
Física-
UNT
CLASIFICADOR
DE
GASTOS
ÍTEMS Cantidad Unidades Costo
Unitario
(S/.)
COSTO
TOTAL
(S/.)
Espectrofotómetro
UV – VIS T-80
12 Muestras ---- Servicio
Materiales-
UNT
TOTAL (S/.) 50.00
8.1.4. Locales
 Laboratorio de Física de Materiales – Sección de Nanociencia de la
Universidad Nacional de Trujillo
 Hemeroteca de las Escuelas de Ingenieria de Materiales y Metalúrgica de
la Universidad Nacional de Trujillo
 Laboratorio de Materiales Compuestos – Departamento de Ingenieria de
Materiales – Universidad Nacional de Trujillo

13. 13
 Centro de Cómputo del Departamento de Ingenieria de Materiales
8.2. Recursos No Disponibles
8.2.1. Bienes
Tabla 4
Clasificador de gasto bienes de recursos no disponibles
CLASIFICADOR
DE
GASTOS
ÍTEMS Cantidad Unidades Costo
Unitario
(S/.)
COSTO
TOTAL
(S/.)
2.3.15.1 MATERIALES Y ÚTILES DE OFICINA
2.3.15.12 Papelería en general, útiles y materiales de oficina 102.00
Papel Bond A4, 80 gr.
(millar)
01 millar 25.00 25.00
Tinta para impresora 02 cartuchos 20 40.00
Resaltadores 03 Unidades 2.50 7.50
Correctores 03 Unidades 3.50 10.50
Lapiceros 04 Unidades 1.00 4.00
CDs. Sony 700MB/80
min
06 Unidades 2.50 15.00

14. 14
2.3.18.2 MATERIAL, INSUMO, INSTRUMENTAL Y ACCESORIOS DE
LABORATORIO
2.3.18.21 Material, instrumental y accesorios de laboratorio 58.50
Guantes quirúrgicos (N°
12)
1 Caja 10.00 10.00
Pipetas plásticas 5 Unidades 2.30 11.50
Mascarillas KN95 20 Unidades 1.00 20.00
Mascarillas quirúrgicas 1 Caja 7.00 7.00
Alcohol medicinal 96° 01 L 10.00 10.00
2.3.199.1 COMPRA DE OTROS BIENES
2.3.199.12 Productos químicos y materia prima 631.10
Nitrato de Zinc
Hexahidratado
Zn(NO3)2∙6H2O
1 kg 270.00 270.00
CoCl2
25 g 137.60 137.60
Agua destilada 2 L 2.50 5.00
Alcohol polivinilico 1 kg 65.00 65.00
Sulfato de Amonio
(NH₄ )₂ SO₄
50 g - -
Etanol puro 1 L 250.00 250.00
TOTAL S/. 972.4

15. 15
8.2.2. Servicios
Tabla 5
Clasificador de gastos servicios de recursos no disponibles
CLASIFICADOR
DE
GASTOS
ÍTEMS Cantidad Unidades
Costo
Unitario
(S/.)
COSTO
TOTAL
(S/.)
2.3.21.2 VIAJES DOMÉSTICOS
2.3.21.21 Gastos de transporte 275 Unidades 1.00 275.00
2.3.22.2 SERVICIOS DE INTERNET
2.3.22.23 Servicio de Internet
100 1.00 100.00 100.00
(horas)
2.3.22.4 SERVICIO DE PUBLICIDAD, IMPRESIONES, DIFUSIÓN E
IMÁGENES INSTITUCIONAL
2.3.22.44 Servicio de impresiones, encuadernación y empastado 162.00
Quemado de CD 03 Unidades 3.00 9.00
Empastado 06 Ejemplares 12.00 72.00
Fotocopias e
impresiones
600 Hojas 0.1 60.00
Anillado 06 Unidades 3.50 21.00
TOTAL S/. 537.00

16. 16
9. Presupuesto
Tabla 6
Clasificador de gastos presupuesto general del proyecto
CLASIFICADOR
DE GASTOS
ÍTEMS COSTO (S/.)
2.3.15.1 MATERIALES Y ÚTILES DE OFICINA 102.00
2.3.18.2 MATERIAL, INSUMO, INSTRUMENTAL Y
ACCESORIOS QUIRÚRGICOS DE
LABORATORIO
58.50
2.3.199.1 COMPRA DE OTROS BIENES 631.10
2.3.21.2 VIAJES DOMÉSTICOS 275.00
2.3.22.2 SERVICIOS DE TELEFONÍA E INTERNET 100.00
2.3.22.4 SERVICIO DE PUBLICIDAD, IMPRESIONES,
DIFUSIÓN E IMAGEN INSTITUCIONAL
162.00
TOTAL S/. 1328.60
10. Financiación
El costo total de la tesis será de S/. 1328.60 y será autofinanciado.

17. 17
II. PLAN DE INVESTIGACION
1. Realidad Problemática
Hoy en día el desarrollo de nuevas tecnologías, especialmente, en la
electrónica; lleva a que la investigación de materiales electrónicos sea un tema muy
estudiado actualmente, por la ciencia y la física de los materiales; los materiales
basados en ZnO poseen una gran importancia debido a que su aplicación, abarca
varias áreas de investigación e industrias, como: la optoelectrónica, la catálisis, la
spintrónica, sensores de gases, etc. Aunque su estudio puede ser una rama de las más
desafiantes, hay muchos métodos viables para la preparación de películas delgadas
de ZnO dopadas con metales. Los semiconductores son interesantes desde el punto
de vista tecnológico, debido principalmente a las posibles aplicaciones en
semiconductores convencionales y para la introducción de nuevas funcionalidades,
como el control de la propiedad magnética a través de la manipulación de la densidad
de carga de portadores libres y campos eléctricos (L.R.Valerio & colaboradores,
2017).
Escasez y tratamiento de aguas. Los problemas de escasez de agua, están
incrementando rápidamente debido al crecimiento de la población, contamina- ción y
cambio climático (Franek et al. 2015).
El distrito de Laredo no llega ser ajeno ante este mal, , ya que presentan
deficiencia en cuanto a la calidad de alcantarillado. Pues el 80% de la población tiene
el servicio de agua potable, y el resto utiliza pozo ciego o elimina sus excretas al aire
libre. Adicional a ello, la ciudad no cuenta con lagunas de oxidación; por ende un

18. 18
70% de las aguas servidas van hacia la acequia La Isla (sin ningún revestimiento)
destinado para cultivos de caña de azúcar (Campo La Fortuna del lado Oeste) que
vienen de los sectores de Laredo Viejo, la Ex hacienda y 22 de Febrero y el restante
30% va a la zona agro urbana de la ciudad, es decir a las chacras.
López Vásquez (2012), afirma que el impacto en el recurso hídrico dentro de
la ciudad, lo constituye la actividad del curtido de pieles que causa contaminación
con cargas de contaminante al hecho de echar al drenaje sustancias que afecta la parte
física de la matriz del desagüe público. La única curtiembre ubicada dentro del casco
urbano de Laredo se encuentra en la esquina que conforma la Av. El Ángel y Jr.
Santa Catalina. La ciudad de Laredo no cuenta hasta hoy con laguna de oxidación, las
aguas negras o servidas tienen destino final través de la acequia La Isla la zona baja
de áreas de cultivo de caña de azúcar (Agroindustrial)y cultivo de tallo corto (Agro
urbanas) en el lado Oeste de la ciudad, situación de riesgo a la salud humana. La
Dirección General de Salud Ambiental DIGESA (2010), recalca que la falta de
tratamiento de las aguas residuales y la práctica de regar los cultivos de caña de
azúcar y cultivo de tallo corto con estas aguas incrementa los casos de enfermedades,
especialmente intestinales.
Nanotecnología en procesos de descontaminación de aguas residuales. Los
emergentes problemas de contaminación ambiental en el mundo requieren que

19. 19
continuamente se innoven técnicas para la remedia- ción y tratamiento de nuestros
recursos naturales. Sin duda alguna, uno de los más frágiles es el agua. La
nanotecnología es la potencial solución para la previsión de agua en el largo término
con técnicas como la filtración, el empleo de nanopartículas en catálisis y la
desalinación. Más aún, con el desarro- llo de la nanotecnología, se pueden potenciar
técni- cas convencionales usadas en el tratamiento de aguas como la adsorción,
floculación y coagulación (Lu & Astruc 2018).
2. Antecedentes
2.1. Antecedentes Empíricos
J. Anghel, y colaboradores en su investigación titulada “correlation between
saturation magnetization, bandgap, and lattice volume of transition metal (M=Cr,
Mn, Fe, Co, or Ni) doped Zn1-x MXO nanoparticles” realizado en el “Department of
Physics, Boise State University, Boise, USA”; en este trabajo se doparon
nanoparticulas de ZnO dopadas con metales de transición y compara los efectos que
se producen al dopar con diferentes iones de metales de transición sobre sus
propiedades ópticas magnéticas y su estructura. Las nanopartículas de Zn1-xMXO
(M = Cr, Mn, Fe, Co o Ni) se prepararon mediante un proceso químico x = 0.02 y
0.05 en forma de polvos. Las muestras Zn1-xMXO mostraron una fuerte correlación
entre los cambios en los parámetros de red y la energía de banda prohibida. El
volumen de celda unitario y el intervalo de banda, determinados a partir de DRX y
espectrofotometría, respectivamente, se maximizaron con dopaje con Fe y
disminuyeron a medida que el número atómico del dopante se alejó del Fe. El
intervalo de banda fue generalmente menor en x = 0.05 que en x = 0.02 para todos

20. 20
los dopantes.
Neena D. y Kiran K. en su investigación “Enhanced visibles light photodegradation activity of
RhB/MB from aqueous solution using nanosized novel Fe-Cd co-modified” realizado en “Wuhan
University, Wuhan, China”; se sintetizaron con éxito por vía sol- gel ZnO co-dopados con Fe-Cd, la
actividad fotocatalítica de las nanopartículas de ZnO dopadas con varias fracciones de peso atómico de
Fe y Cd se ha investigado bajo irradiación de luz visible utilizando el colorante azul de metileno y
rodamina B en solución acuosa además de su reutilización, investigaciones actuales muestran que la
concentración de dopaje desempeña un papel importante en el rendimiento fotocatalítico. La absorción
de luz visible mostrada por las nanopartículas de ZnO co- dopadas con Fe-Cd es mucho más alta que la
del cuerpo sin dopar, probablemente debido al co-dopado, y la recombinación de los portadores de
carga disminuye, lo que produce un rendimiento fotocatalítico más alto, las investigaciones actuales
muestran que la concentración de dopaje desempeña un papel importante en el rendimiento
fotocatalítico.
Churata (2017), en su tesis de pregrado: Degradación del colorante azoico
textil naranja II por el método de fotocatálisis heterogénea, estudio la degradación del
colorante azoico naranja II por fotocatálisis heterogénea haciendo uso de
nanopartículas de TiO2 de P25 DEGUSSA cuyos resultados fueron muy efectivos,
removiendo más del 90% de dicho colorante, siendo las proporciones de 300 ppm de
fotocatalizador y 2 mL/L de oxidante el que obtuvo los valores más altos de
degradación con un 93.06%.
Herrera y Ríos (2019), en su investigación: Efecto del dopado con hierro a
semiconductores de óxido de zinc sobre su actividad fotocatalítica para la

21. 21
descontaminación de agua, evaluaron la degradación de azul de metileno presente en
solución acuosa por fotocatálisis heterogénea, al ponerlo en contacto con
semiconductores de óxido de zinc dopados con hierro a diferentes concentraciones
molares en forma de polvo. El dopaje se realizó usando el método sol-gel y las
películas se depositaron por el método spin-coating, en concentraciones de 0.25, 0.5,
0.75 y 1 %. El dopaje más efectivo fue de 1%, pues degradó un 97.6% del azul de
metileno.
Ruíz (2020), en su investigación sobre las nanopartículas de SnO2 dopado
con cobalto preparado por descomposición térmica: un estudio de sus propiedades
estructurales y ópticas, tiene como objetivo identificar las posibles correlaciones de
las propiedades. Las muestras fueron sintetizadas por el método de sol-gel
modificado basado en la ruta del citrato y caracterizadas por medio de análisis
termogravimétrico, difracción de rayos X y UV-Vis en modo de reflectancia difusa.
Donde se encontró una correlación directa entre la variación de los parámetros de red
y la brecha de banda en las muestras de SnO2 sin presencia de fases secundarias a
medida que aumentaba la concentración de Co.
Díaz (2021), en su investigación sobre Efecto bactericida de nanopartículas de
hierro, cobre, zinc y plata en el tratamiento y desinfección de aguas residuales, donde
se comparan diferentes métodos de síntesis, así como, sus capacidades y efectos sobre
las membranas de los agentes biológicos. Concluyendo que las NPs de plata son más
costosas y susceptibles a la oxidación, lo que reduce su propiedad como agente

22. 22
antimicrobiano, mientras que las NPs de ZnO tienen como ventaja su alta estabilidad,
su bajo costo y su baja toxicidad. No obstante, si las nanopartículas de ZnO son
relativamente grandes en cuanto a tamaño de partícula e hidrofóbicas, el proceso de
desinfección sería ineficiente, por lo que se debería de cuidar este último detalle.
Carranza (2022), en su investigación titulada: Degradación por fotocatálisis de
colorantes en medio acuoso utilizando mezclas de dióxido de titanio (TiO2) y óxido
de zinc (ZnO), tuvo como objetivo principal degradar colorantes (Azul de metileno,
Tartrazina y Oxalato de verde de malaquita) por fotocatálisis. Se sintetizo la
nanopartículas (ZnO) usando el método de emulsión/evaporación, se prepararon
soluciones de Azul de metileno, Oxalato verde malaquita y tartrazina a concentración
9,6x10-5 mol/L, 4,64x10-3 mol/L y 2,7x10-4 mol/L respectivamente. Se trabajó con 8
tratamientos a diferentes concentraciones de catalizadores por colorante. Dando como
resultado una mayor degradación de todos los tratamientos con una concentración de
1,05 x10-09 mol/L para el azul de metileno, 3,51x 10-08 mol/L para el oxalato verde
malaquita y 9,48 x 10-08 mol/L para la tartrazina.
2.2. Antecedentes Teóricos
2.2.1.Semiconductores
Los semiconductores son materiales que se pueden comportar como conductores o
como aislantes en función de diversos factores, como campo eléctrico, campo magnético,
radiación, presión o temperatura. Existen dos tipos, los semiconductores intrínsecos y los
semiconductores extrínsecos. Los semiconductores extrínsecos se obtienen a partir de los
intrínsecos y son imprescindibles en la industria electrónica.

23. 23
El más utilizado es el Silicio, seguido del Germanio y, menos, el Azufre. Los cristales
puros de estos elementos se consideran semiconductores intrínsecos y en ellos se genera
una corriente eléctrica doble cuándo se someten a un diferencial eléctrico.
Tabla 1.1. Valores de Banda Prohibida (eV) para algunos semiconductores a temperatura ambiente.
Material Bgap Material Bgap Material Bgap
Si 1.11 GaAs 1.43 ZnSe 2.7
Ge 0.66 CdSe 1.74 PbS 0.37
ZnO 3.2 CdTe 1.44 PbSe 0.27
ZnS 3.6 InAs 0.36 AlSb 1.6
InP 1.35 AlAs 2.16 ZnTe 2.25
En la estructura cristalina, los átomos se encuentran unidos entre sí mediante enlaces
covalentes que es conocida como banda de valencia. En determinadas circunstancias,
algunos de los electrones pueden absorber la energía necesaria para escapar de la banda
de valencia y pasar a la llamada banda de conducción
Figura 1: Esquema de semiconductor intrínseco.
Los electrones que salen dejan un hueco de electrón en la banda de valencia, lo que
favorece la conducción eléctrica. Los electrones libres también favorecen la conducción
eléctrica y ambos, electrones y huecos, se denominan portadores. La energía para que

24. 24
esto ocurra es diferente en cada material. Esta misma energía es liberada en el proceso de
recombinación, que es el proceso contrario, cuándo un electrón cae desde la banda de
conducción a la banda de valencia.
 Tipos de Semiconductores
a. Semiconductores intrínsecos
Son los que poseen una conductividad eléctrica fácilmente controlable
y, al combinarlos de forma correcta, pueden actuar como interruptores,
amplificadores o dispositivos de almacenamiento.
b. Semiconductores extrínsecos
Se forman al agregar a un semiconductor intrínseco sustancias dopantes
o impurezas, su conductividad dependerá de la concentración de esos
átomos dopantes.
 Semiconductor extrínseco tipo N
Un semiconductor tipo N se obtiene a partir de procesos de un
dopado añadiendo cierto tipo de átomos al semiconductor para
aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso
negativa). La adición de materiales dopantes permite que los
electrones se unan más libremente a los átomos del semiconductor.
El agente dopante es conocido como material donante, puesto que
emite algunos de sus electrones. Su propósito es el de inducir un gran
número de portadores de carga en el material. Tal es el caso de

25. 25
elemento atómico (Si), ya que su valencia atómica es tetravalente por
lo que se forman un enlace covalente con cada uno de los átomos del
silicato adyacentes, se utilizan dopantes pentavalentes (ej. Fosforo
(P), arsénico (As) o antimonio (Sb)), se incorpora la red cristalina en
el espacio de una partícula de silicio, entonces tendrá cuatro enlaces
covalentes y un electrón no enlazado. El electrón libre queda en un
orbital mayor (orbital de conducción) por lo que se trata de un
“electrón libre”, superando el número de huecos en el material, los
electrones reciben el nombre de portadores mayoritarios y los huecos
portadores minoritarios. (Herrera Ruiz.Juan, Rios Epifania.Juan
2019, pág. 15)
Figura 1
Esquema de un semiconductor extrínseco tipo N

26. 26
 Semiconductor extrínseco tipo P
Un semiconductor tipo P se obtiene a partir de procesos de un dopado
añadiendo cierto tipo de átomos al semiconductor para aumentar el
número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).
Cuando se agrega el material dopado, emite los electrones enlazados
más débiles del átomo semiconductor. Este dopaje también se denomina
aceptor, y los átomos semiconductores que pierden electrones se
denominan huecos. Tiene como propósito crear muchos huecos. Un
ejemplo es en el caso del silicio, que tiene cuatro átomos (grupo 1 de la
tabla periódica), están enlazados a átomos con tres electrones de
valencia como (ej. Al, B) se incorpora en la red cristalina en lugar del
silicio obteniendo tres enlaces covalentes y un hueco que podrá aceptar
un electrón libre. (Herrera Ruiz.Juan, Rios Epifania.Juan, 2019, pág. 16)
Figura 2
Esquema de un semiconductor extrínseco tipo P

27. 27
2.2.2. Semiconductor de Óxido de Zinc
El óxido de Zinc (ZnO) está clasificada como un cerámico perteneciente a la
familia II y VI, donde la diferencia de electronegatividades es: 𝑍𝑛+2 para los
cationes y 𝑂−2, produciendo ionicidad en su enlace, propiedad que provoca una
fuerte repulsión en entre sus nubes de carga, por lo que su estructura cristalina
es más estable. Su estructura cristalina de tipo wurtzita es hexagonal.
Es un semiconductor de mucha relevancia puesto que, posee una banda de
energía prohibida de -3.37 eV y una energía de enlace de excitación de 60 meV
a temperatura ambiente (Hauenstein, 2011). Las nanoestructuras de ZnO se
pueden sintetizar mediante sol-gel, precipitación homogénea, síntesis
organometálica, método de microondas, pirólisis por pulverización,
evaporación térmica y síntesis mecanoquímica. Herrera (como se cito en
Manjula G. Nair, 2011) nos dice que para una eficiencia fotocatalítica y otras
aplicaciones, es ideal que la estructura del ZnO no sólo absorba en el rango UV
sino también en el espectro visible, ya que la luz visible cuenta con el 45% de la
energía de la radiación solar, mientras que la luz UV es menos que el 10 %.
La actividad fotocatalítica del ZnO se puede mejorar usando técnicas como
aumentar el área de la superficie, controlar el diseño de la forma, incorporar
otro átomo en la red y dopar, entre otras. (Herrera Ruiz.Juan, Rios
Epifania.Juan, 2019, pág. 18)

28. 28
Figura 3
Estructura cristalina de ZnO (wurtzita), las esferas plomas más oscuras
representan al O y las más claras al Zn
 Incorporación de Co en la Red de Óxido de Zinc
El cobalto como impureza en el ZnO ya ha sido estudiado por Xu et al.
(2010), quienes prepararon mediante el método hidrotermal polvos de
ZnO dopados con diferentes concentraciones de Co (0, 0.36, 0.72, 2.14
y 3.54% peso) y evaluaron sus propiedades fotocatalíticas en la
degradación del colorante naranja de metilo bajo luz visible, dando
como un reporte que la energía de banda prohibida disminuye al
aumentar las concentraciones de cobalto. La actividad fotocatalítica del
ZnO modificado es mayor en comparación con el ZnO sin modificar,
siguiendo el siguiente orden de actividad: 2.14 > 3.54> 0.72 > 0.36 > 0
% peso. El ZnO-Co al 2.14% peso presentó el mayor porcentaje de
degradación del colorante, su obteniendo una concentración en un 78%
en 240 min.

29. 29
2.2.3. Sulfato de Amonio
Según Condorchem Envitech, el (NH4)2SO4 usualmente se emplea en el sector
agrícola como fertilizante, ya que la presencia de azufre y nitrógeno lo hacen
favorito para el crecimiento de follaje y su aplicación no tiene limitación en
cuanto al tipo de suelo. Así mismo, el sector industrial no llega ser ajeno al uso
de este compuesto, ya que es utilizado en fórmulas de fabricación de adhesivos,
resinas, tintas, y entre otros polímeros sintéticos, adicional a ello está presente
en productos farmacéuticos y en el sector textil.
Sus optimas propiedades, hacen que sea aplicado como monoproducto, y su
productividad es debido a la necesidad existente del azufre con el nitrógeno
provechoso para la planta, pues el Sulfato de Amonio realiza un balance de
ambos nutrientes. (Baffa, Carreras, Martínez, & Massolo, 2017, pag. 4)
Tabla 7
Propiedades físico-químicas del Sulfato de Amonio
Propiedades Valor
Densidad 1.77
Solubilidad Soluble en agua
Punto de fusión 280 ºC
Olor 235 – 280ºC
Aspecto Gránulos o cristales blancos
pH 5,5 (0,1 M de solución acuosa).
Índice de Salinidad 69
Nota. Elaboración propia

30. 30
2.2.4.Fotocatálisis heterogénea
Es uno de los procesos más avanzados en la investigación ya que Herrera
(como se citó en Ohtani, 2013) nos dice que su uso se basa en que en un
semiconductor con una brecha de energía prohibida ancha y la irradiación con
luz UV-visible la cual produce electrones y huecos sobre la superficie del
catalizador. Definido como reacción química inducida por fotocalizador de un
material sólido, no experimenta cambios químicos en su reacción, esto
significa que actúa catalíticamente bajo fotoirradiación sin presentar cambios
en su estructura.
La diferencia más importante entre la fotocatálisis y la catálisis convencional
son sus propiedades termodinámicas. Por definición, los catalizadores reducen
la energía de activación de la reacción pasando de un estado intermedio,
acelerándolo a espontaneo con energía de Gibbs negativa, es decir se limita a
posibles reacciones termodinámicas. Actualmente la energía de activación
aparente de la fotocatálisis es calculada a partir de la gráfica de Arrhenius
observándose reacciones catalíticas con valores pequeños.
Para descontaminar efluentes de agua contaminada con pigmentos de origen
industrial orgánico (textil y papelero) se utilizan nanoparticulas
fotocatalizadoras son más seguras y con accesible costo (Manish Mittal,
2014).

31. 31
Figura 4
Mecanismo de la fotocatálisis heterogénea
2.2.5.Tratamiento de agua con fotocatálisis
Los reactores fotocatalíticos ganan ventajas a comparación con el sistema
fotoquímico porque:
 Son económicos.
 Hacen uso de la radiación solar directa y difusa.
 No hay un alza significativa en la temperatura del agua.
 Tiene una alta eficiencia óptica y una baja densidad fotónica permitiendo
una mínima recombinación ē/h+.
 Garantiza resistencia al agua, es químicamente inerte, permite la
transmisión ultravioleta.
El primer fotorreactor diseñado en escala de ingeniería al aire libre fue
desarrollado en USA, era un colector parabólico convertidor térmico solar, en

32. 32
el cual, el tubo absorbedor/acristalamiento fue reemplazado por un tubo de
vidrio Pyrex por el cual circulaba un flujo de agua contaminada (Cassano,
2000).
2.2.6.Método de sol – gel
Los Miembros de la Alianza Vasca de Investigación y Tecnología describen
que el proceso sol-gel envuelve la transición de un sistema desde una fase
líquida (sol) hasta una fase sólida (gel) mediante reacciones químicas de
hidrólisis y condensación de los precursores metálicos. Mediante esta
tecnología se obtienen materiales cerámicos basados en óxidos inorgánicos
(SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, etc.). (Miembros de la Alianza Vasca de
Investigación y Tecnología, s. f.)
Figura 5
Método aplicado para la obtención de un aero gel

33. 33
2.2.7.Caracterización de materiales
 Difracción de Rayos X (XRD)
La difracción de rayos X (DRX) es una de las técnicas más eficaces para el
análisis cualitativo y cuantitativo de fases cristalinas de cualquier tipo de
material, tanto natural como sintético. Los servicios ofertados en esta Unidad
se resumen en los siguientes puntos:
Preparación de muestras de polvo y/o agregado orientado para análisis por DRX
de materiales cristalinos, fundamentalmente de muestras geológicas utilizando
el método de polvo desorientado para análisis de la mineralogía de muestra
total y el método de agregados orientados para análisis arcillas.
Figura 6
Difractómetro de polvo Bruker D8 Advance

34. 34
 Microscopía Electrónica de Barrido.
La versatilidad del microscopio de barrido para el estudio de sólidos
proviene de la amplia variedad de señales que se generan cuando el haz de
electrones interacciona con la muestra (Mckelvey., 1976).
El microscopio electrónico de barrido (SE, utiliza electrones en lugar de luz
para formar una imagen. Análisis y estudio de muestras biológicas,
orgánicas e inorgánicas mediante Microscopia Electrónica de Barrido de
Emisión de Campo (FESEM) de alta resolución:
 Imágenes topográficas de alta resolución por SE (Electrones Secundarios).
 Imágenes de composición o distribución química por Electrones
Retrodispersados (BSE)
 Imágenes STEM (barrido-transmisión).
 Perfiles analíticos y mapas de distribución de elementos por EDX (Energía
Dispersiva de Rayos X).
Figura 7
Microscopio Electrónico de Barrido

35. 35
 Espectroscopia de Absorción UV.
La espectroscopia óptica se basa principalmente en la absorción o emisión de
la radiación electromagnética generalmente en la región visible. Las técnicas
espectroscópicas nos permiten analizar cuantitativa o cualitativamente la
muestra.
La absorción óptica en un semiconductor puede ser debida a varios tipos de
transiciones, como por ejemplo transiciones banda a banda, transiciones
entre niveles localizados y bandas o la formación de excitones.
En esta técnica de absorción UV, una luz monocromática a diferentes
longitudes de onda se hace incidir sobre las muestras. De la intensidad
absorbida se extraen parámetros como el índice de refracción y el coeficiente
de absorción óptico (Schrader, 1995).
Figura 8
Espectroscopia UV y Espectro Electromagnético

36. 36
3. Justificación del problema
El gran desarrollo en el sector calzado en los últimos años trae consigo
numerosos beneficios en la parte económica, sin embargo, presenta ciertos prejuicios
como el uso inadecuado de los recursos hídricos y la contaminación de los mismos al
momento de arrojar los residuos que van directamente a las sequias generando
malestar que podría ocasionar enfermedades infectocontagiosas en la piel de los niños
que caen en la acequia al jugar, además de que da un mal aspecto y un desagradable
olor. Ante esa situación, se buscan alternativas para recuperar y regenerar las aguas
utilizadas en este sector, siendo una de estas la fotocatálisis heterogénea, resaltando
sobre otros tratamientos convencionales que no resultan muy efectivos con
contaminantes de nula biodegradabilidad o que solamente son transferidos de una
fase a otra como el caso de los carbonos activados o la curtiembre de pieles. Con la
adición de un agente fotocatalítico, la absorción de radiación UV se hace mucho más
eficiente, generando radicales reactivos que son un poderoso agente oxidante,
empleando el rango espectral de los rayos UV (315-380 nm); lo cual permite utilizar
radiación solar. A diferencia de otros procesos fotoquímicos, no quedan reducidos a
uso de luz UV artificial, además el catalizador no es consumido por lo que puede ser
reciclado y no se necesita de condiciones como elevada presión o temperatura.
4. Problema
¿Cuál es la influencia del dopado con plata a semiconductor de óxido de zinc, sobreel
porcentaje de mineralización con sulfato de amonio presente en solución acuosa por
fotocatálisis heterogénea?

37. 37
Figura 9
Diagrama esquemático del problema de investigación
Dosis de cobalto
Solución Acuosa
Porcentaje de
mineralización de sulfato
de amonio
5. Hipótesis
Incrementando la dosis de plata, en el dopaje de óxido de zinc, aumentará el
porcentaje de mineralización de sulfato de amonio presente en la solución acuosa.
6. Objetivos
6.1. Objetivo General
Determinar la influencia al incrementar la dosis de plata usado en el dopaje de
óxido de zinc sobre el porcentaje de degradación de sulfato de amonio presente
en solución acuosa por fotocatálisis heterogénea.
6.2. Objetivos Específicos
 Sintetizar el CoCl2-ZnO mediante el método de sol-gel.
 Determinar la mejor dosis de plata usado en el dopaje de óxido de zinc
sobre el porcentaje de mineralización de sulfato de amonio presente en
solución acuosa por fotocatálisis heterogénea.
Fotocatálisis
Heterogénea

38. 38
 Calcular la constante de cinética para la mineralización del sulfato de amonio
de la solución.
 Caracterizar el semiconductor mediante: Difracción de Rayos X, Microscopia
Electrónica de Barrido, Espectrometría UV-visible con reflectancia difusa, para
calcular la brecha energética, densidad de portadores, conductividad eléctrica y
resistividad eléctrica de las muestras.
7. Diseño Metodológico
7.1. Material de estudio
a. Universo objetivo:
Todas las nanopartículas semiconductoras de óxido de zinc.
b. Universo muestral:
Nanopartículas de óxido de zinc dopadas con plata.
c. Muestra:
Nanopartículas en polvos de óxido de zinc dopadas con plata.
8. Métodos y técnicas
8.1. Diseño de Investigación
Las probetas de ZnO serán dopadas con cobalto utilizando el método de sol-gel, se
evaluarán y examinarán 4 probetas para cada dosis de cobalto en porcentaje molar:

39. 39
Tabla 8
Niveles de variable de estudio
Dosis de Cobalto
A
% de mineralización
de sulfato de amonio
Y
a1 y1
a2 y2
a3 y3
a4 y4
Dosis del dopante (Cobalto) en porcentaje molar:
a = 2%M
b = 4%M
c = 6%M
d = 8%M
Número de probetas = Replicas x niveles + 3
Número de probetas = (3 x 4) + 3 = 15 probetas

40. 8.2. Operalización de las Variables
Variables
Definición
Conceptual
Definición
Operacional
Dimensión Indicadores Instrumentos
Escala de
Medición
V. I. Nitrato de
plata plata
Expresa los gramos
de soluto que se
encuentran disueltos
en 100 g de
disolución. (Ilustre
Colegio Oficial de
Farmacéuticos de
Granada, s. f.)
Cantidad resultante
de realizar los
cálculos
estequiométricos
correspondientes
según las cantidades
de los demás
compuestos a usar
Cantidad de
plata
Porcentaje en
peso
Cálculos
estequiométricos,
balanza
Razón
V. D.
Sulfato de
Amonio
Proceso en el cual
los materiales se van
reintegrando a la
naturaleza por la
acción de algunos
factores como la
temperatura,la
humedad y ciertos
microorganismos.
(Branco, S., 2014)
Cantidad obtenida
mediante
cromatografía de
líquidos de alta
resolución (HPLC)
Cantidad de
Sulfato de
Amonio
Porcentaje en
peso
Cromatografía de
líquidos de alta
resolución
Razón

41. 8.3. Procedimiento Experimental
ADQUISICION DE REACTIVOS Y
OTROS MATERIALES
PREPARACIÓN DE LA
SOLUCION
SINTESIS SOL-GEL PREPARACIÓN DE
LOS SUSRATOS
RECOCIDO DEPOSICION POR
SPIN-COATING
CARACTERIZACION
EVALUACION DEL
PORCENTAJE DE
DEGRADACIÓN DE AZUL
ESPECTROSCOPIA DE
ABSORCION UV, METODO
CUATRO PUNTAS YEFECTO
HALL
ESPECTROSCOPIA
DE ABSORCION UV
ANALISIS Y
DISCUSION DE
RESULTADO

42. 42
8.4 Cálculos
Datos
 Para el 0%
 Para el 2%
 Para el 4%
𝟎. 𝟎𝟒 =
𝒎𝒐𝒍 𝑨𝒈
𝟐.𝟏𝟏 × 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝒐𝒍 𝒁𝒏
𝒎𝒐𝒍 𝑨𝒈 = 𝟖.𝟒𝟒 × 𝟏𝟎−𝟓
107
× 87
𝑔 𝐴𝑔
1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔
× 8.44 × 10−5
= 9.10 × 10−3
0.02 =
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔
2.11 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔 = 4.22 × 10−5
293.89
𝑔
𝑚𝑜𝑙
𝐴𝑔(𝑁𝑂3)
107.87
𝑔
𝑚𝑜𝑙
𝐴𝑔
× 9.10 × 10−3
= 0.0248 𝑔 𝐴𝑔(𝑁𝑂3)3
0.1379
65.3
= 2.11 × 10−3
𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛
107
× 87
𝑔 𝐴𝑔
1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔
× 4.22 × 10−5
𝑔 = 4.55 × 10−3
293.89
𝑔
𝑚𝑜𝑙
𝐴𝑔(𝑁𝑂3)
107.87
𝑔
𝑚𝑜𝑙
𝐴𝑔
× 4.55 × 10−3
= 0.0124 𝑔 𝐴𝑔(𝑁𝑂3)3
0.4g ×
65.3
189.39
= 0.1379 𝑔 𝑍𝑛

43. 43
 Para el 6%
 Alcohol polivinílico
l
 Zn
 Etanol 16ml
 Agua 4ml
0.05 =
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔
2.11 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛
𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔 = 1.266 × 10−4
107
× 87
𝑔 𝐴𝑔
1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔
× 1.266 × 10−4
= 1.366 × 10−2
293.89
𝑔
𝑚𝑜𝑙
𝐴𝑔(𝑁𝑂3)
107.87
𝑔
𝑚𝑜𝑙
𝐴𝑔
× 1.366 × 10−2
= 0.0371 𝑔 𝐴𝑔(𝑁𝑂3)3
8 → 100
x → 20
𝑥 = 1.6 𝑔
(𝑁𝑂3)3
4 → 100
x → 20
𝑥 = 0.8 𝑔
0.8g ×
65.3
189.39
= 0.276 𝑔 𝑍𝑛
0.276
65.3
= 4.22 × 10−3
𝑚𝑜𝑙 𝑍𝑛

44. 44
III. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
 Herrera Ruiz, J. M., y Rìos Epifanìa, J. J. (2019). Efecto del dopado con hierro a
semiconductores de óxido de zinc sobre su actividad fotocatalítica para la
descontaminación de agua. 1-100.
 Nanotecnología una alternativa para el tratamiento de aguas residuales: Avances,
Ventajas y Desventajas Nanotechnology an alternative for wastewater
treatment: Advances, Advantages and Disadvantages , Chávez-Lizárraga
Georgina Aurelia
 C. Guarin, A. Mera, fotocatálisis heterogénea con TiO2 para el tratamiento de
desechos líquidos con presencia del indicador verde de bromocresol, Revista
Ingenierías Universidad de Medellín, vol. 1O, No. 19, pp. 79-88 ( 2011)
 Rueda Sayala, L. (2018). Degradación fotocatalítica solar de diclofenaco
mediante óxido de zinc modificado con fluoruro. 1-28.
 Martinez, M., Bernal, A. y Cuevas, G. (2017). Influencia de las nanopartículas de
óxido de zinc sobre la producción de metano en sistemas anaerobios para el
tratamiento de aguas residuales. Universidad de Guanajuato, Guanajuato, México.
 McGuigana, K. G. (2012). «Solar water disinfection (SODIS): A review from
benchtop to roof-top.». Journal of Hazardous Materials, 29-46.
 Miembros de la Alianza Vasca de Investigación y Tecnología (s. f.). Tecnología
Sol-Gel. Miembros de la Alianza Vasca de Investigación y Tecnología.
https://www.tekniker.es/es/tecnologia-sol-gel
 Condorchem envitech. (s.f.). Obtenido de Valorización de efluentes industriales

45. 45
para la recuperación de sulfato amónico:
https://condorchem.com/es/blog/reutilizacion-efluentes-industriales-sulfato-
amonico/#:~:text=Propiedades%20Qu%C3%ADmicas&text=El%20sulfato%20am
%C3%B3nico