Photocatalytic nanostructured coatings with antimicrobial and self-cleaning properties

Resum

La contaminación microbiana y la formación de biopelículas constituyen un reto debido a la amenaza que suponen las infecciones para la salud y al creciente desarrollo de resistencias a los antibióticos. Los recubrimientos antimicrobianos nanoestructurados no solo inhiben la proliferación bacteriana, sino que además pueden conferir propiedades autolimpiantes. La fotocatálisis se considera una alternativa prometedora para la inactivación de gran variedad de patógenos por su alta eficiencia, sostenibilidad y rentabilidad. Sin embargo, su aplicación práctica se encuentra limitada por la rápida recombinación de los pares electrón-hueco fotogenerados y su restricción actual a la región UV del espectro solar. En este escenario, el objetivo de esta Tesis ha sido desarrollar superficies híbridas fotocatalíticas o fotoelectrocatalíticas basadas en nanopartículas de óxidos metálicos /derivados de grafeno modificadas con dopantes y en estructuras metal-orgánicas (MOFs) para su aplicación en recubrimientos antimicrobianos y autolimpiantes. Los recubrimientos fotocatalíticos de ZnO preparados por electrospray mostraron excelentes propiedades autolimpiantes para la degradación del azul de metileno bajo irradiación UV y se mantuvieron esencialmente libres de colonización bacteriana y biopelículas, lo que se atribuyó a las especies reactivas de oxígeno (ROS) fotogeneradas y a la lixiviación de iones zinc. También se fabricaron películas nanocompuestas de ZnO con diferentes proporciones de óxido de grafeno reducido (rGO) mediante spin-coating, mejorando notablemente la actividad antimicrobiana y la estabilidad frente a la lixiviación de iones zinc del ZnO debido a la reducción de la recombinación de pares electrón-hueco fotogenerados y al contacto íntimo entre las nanopartículas de ZnO y las láminas de rGO. Para la desinfección fotoelectrocatalítica de aguas, se prepararon por electrospray superficies de Ce-TiO2/GO, que mostraron una alta eficiencia junto con una sobreproducción de ROS intracelular debido a una mejor separación de los portadores de carga. Por último, se emplearon Zr-MOFs como fotocatalizadores estables y activados por la luz solar en desinfección fotoelectrocatalítica, cuya alta eficiencia se atribuyó a la transferencia de carga del ligando al clúster mediante fotones de alta energía.