Propiedades estructurales y ópticas de nanopartículas de óxido de
cerio biosintetizadas con extracto alcohólico de
Aloe vera
Structural and optical properties of biosynthesized cerium oxide
nanoparticles with alcoholic extract of
Aloe vera
Jorge A. Alzamora Lozano
1
; Segundo R. Jáuregui-Rosas
2,*
;
1
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad Nacional de Trujillo, Av. Juan Pablo II s/n
–
Ciudad
Universitaria, Trujillo, Perú.
2
Departamento Académico de Física, GMIN-UNT, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad Nacional de
Trujillo, Av. Juan Pablo II s/n
–
Ciudad Universitaria, Trujillo, Perú.
* Autor correspondiente
:
sjauregui@unitru.edu.pe
(J. Alzamora)
DOI:
10.17268/scien.inge.2026.03.03
RESUMEN
La investigación tuvo como propósito caracterizar estructural y ópticamente las
nanopartículas de óxido de
cerio (CeO
2
) biosintetizadas por un método amigable con el medio ambiente, para esto se utilizó nitrato de
cerio hexahidratado y extracto alcohólico de
Aloe vera
. Las nanopartículas se caracterizaron por difracción de
rayos x,
espectroscopia
Raman,
FTIR,
fotoluminiscencia y
Uv-vis.
Se obtuvieron
nanopartículas
de
7
nm
aproximadamente con un ancho de banda prohibida de 2,9 eV, que es menor al del CeO
2
reportado en tamaño
masivo, lo que se atribuyó a las vacancias de oxígeno reportados en el presente estudio.
Palabras clave:
óxido de cério; nanopartículas; biosíntesis;
Aloe vera
.
ABSTRACT
The purpose of this research was to structurally and optically characterize cerium oxide (CeO
2
) nanoparticles
biosynthesized using an environmentally friendly method. For this purpose, cerium nitrate hexahydrate and an
alcoholic extract of
Aloe vera
were used. The nanoparticles were characterized by X-ray diffraction, Raman
spectroscopy, FTIR, photoluminescence, and UV-Vis spectroscopy. Nanoparticles approximately 7 nm in size
were obtained with a band gap of 2.9 eV, which is smaller than that of CeO
2
reported in bulk. This difference
was attributed to the oxygen vacancies observed in this study.
Keywords:
cerium oxide; nanoparticles; biosynthesis;
Aloe vera
.
-
1. INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas, las nanopartículas han despertado un creciente interés debido a sus aplicaciones en
campos tan diversos como la salud, la energía, medio ambiente y tecnología de alimentos. Este interés se
fundamenta
en
sus
propiedades
ópticas
y
electrónicas
únicas,
que
difieren
significativamente
de
las
que
presentan los materiales en tamaño masivo (Tumkur et al., 2021). En el campo de la medicina, se ha propuesto
su utilización en el diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades, en la administración controlada de
fármacos y en el aprovechamiento de su acción antibacteriana (Choudary et al., 2024). Estas aplicaciones son
posibles debido a su estructura nanométrica, con tamaños comprendidos entre 1 y 100 nm (Nadeem et al.,
2020). Dichas partículas pueden obtenerse por una amplia variedad de métodos y condiciones de síntesis, lo
que permite ajustar sus propiedades de manera precisa para orientarlas hacia aplicaciones
muy específicas
(Reed et al., 2014).
Un método para sintetizar nanopartículas que ha estado ganando popularidad en la comunidad científica en los
últimos años, es la síntesis verde; en este método se utilizan plantas, residuos agrícolas, microorganismos,
nutrientes, entre otras (Charbgoo et al., 2017). De las plantas, es posible usar las hojas, raíces, frutos, tallos,
cuyos extractos actúan como agentes
estabilizadores, reductores
y
de protección
debido a que
el material
orgánico contiene compuestos bioactivos que recubre las nanopartículas y evita la aglomeración (Ahmad et al.,
2024). El método de química verde es ecológico y de fácil implementación, lleva menos tiempo en comparación
con
los
métodos
químicos
tradicionales,
es
biocompatible
sin
residuos
(o
son
mínimos),
no
usa
agentes
SCIÉNDO INGENIUM
ISSN Nº 3084-7788 (En línea) Sci. ingen. 22(3): 33-41, (2026)
Fecha de envío: 05-04-2026
Fecha de aceptación: 11-09-2026
Fecha de publicación: 30-09-2026
oxidantes/reductores dañinos ni compuestos estándar de ácido/base ni temperaturas elevadas. (Nadeem et al.,
2020).
En
relación
con
el
mecanismo
de
síntesis
de
nanopartículas
mediante
química
verde
utilizando
extractos
vegetales, la literatura señala que los componentes fitoquímicos de las plantas, ricos en radicales OH, actúan
como
donadores
de
electrones
en
la
reducción
del
nitrato
de
cerio
hexahidratado
a
hidróxido
de
cerio.
Posteriormente, este hidróxido se transforma en óxido de cerio (CeO
2
) (Iqbal et al., 2021). Bajo agitación
magnética, las partículas colisionan y se fusionan, dando lugar a estructuras de mayor tamaño. En este proceso,
los
compuestos
fitoquímicos
ejercen
una
función
protectora
al
recubrir
las
nanopartículas,
evitando
su
aglomeración. Sin embargo, la formación completa de las nanopartículas suele requerir un tratamiento térmico
adicional, que permite la interacción del oxígeno con el cerio a altas temperaturas y facilita la obtención de
CeO
₂
(Huang et al., 2011; Ahmad et al., 2024).
El cerio ha sido ampliamente estudiado en diferentes campos de la ciencia como la física, la química y la
biología (Kumar et al., 2018). Cuando se combina con el oxígeno se obtiene CeO
2
, el cual cristaliza en una
estructura cúbica centrada en las caras (FCC) (Iqbal et al., 2021) donde el Ce
+4
está rodeado por ocho iones
O
-2
equivalentes, tanto en las esquinas como en las caras (coordinado óctuplemente), mientras que cada átomo
de oxígeno está coordinado cuádruplemente. La celda unitaria completa de Ce
4
O
8
tiene 0,51 nm de parámetro
de red (Reed et al., 2014). Además, el CeO
2
es un semiconductor que en tamaño masivo tiene una energía de
banda prohibida de 3,19 eV (Miri et al., 2019) que incluye cerio en estados de oxidación +3 y +4 (Dhall et al.,
2018) lo que origina un par redox Ce
+4
/Ce
+3
de CeO
2
con un potencial redox comparativamente bajo (1,3
–
1,8
eV)
.
Esto indica que los iones de cerio en el CeO₂ pueden oxidarse con facilidad a diferentes valencias bajo
diversas condiciones (G. Zhang et al., 2017). Dicho
ciclo redox, basado en la rápida interconversión entre Ce³⁺
y Ce⁴⁺, constituye la base de sus propiedades antioxidantes y catalíticas (Charbgoo et al., 2017)
El objetivo de la investigación es evaluar las propiedades estructurales y ópticas de nanopartículas de óxido de
cerio biosintetizadas con extracto alcohólico de
Aloe vera
.
-
2. METODOLOGÍA
2.1 Materiales y reactivos
Se utilizó Nitrato de cerio hexahidratado (Ce(NO
3
)
3
·6H
2
O) de Sigma-Aldrich con una pureza del 99%, alcohol
de 96° de uso comercial, papel filtro Whatmann N° 2 y pulpa de hojas frescas de
Aloe vera
recolectadas del
jardín interior de la Universidad Nacional de Trujillo, Perú.
2.2 Síntesis de nanopartículas de óxido de cerio
2.2.1 Preparación de extracto de
Aloe vera
La hoja fresca de
Aloe vera
fue lavada minuciosamente con agua potable para limpiar la superficie, se cortó
las espinas y se cortó transversalmente en dos partes para dejarlas reposando en 4 L de agua potable por tres
días,
al
segundo
día
se
cambió
de
agua.
De
la
hoja
fresca
de
Aloe
vera
se
extrajeron
5
g
de
pulpa
para
depositarlas en 100 mL de alcohol de 96° a temperatura ambiente por un día, luego se retiraron las impurezas
con papel filtro whatman N°2. (ver figura 1)
2.2.2 Síntesis de nanopartículas de CeO
2
Se disolvió 1,0965 g de Ce(NO
3
)
3
·6H
2
O en 50 mL de extracto alcohólico de pulpa de
Aloe vera
(0,05mol/L)
con agitación magnética en un matraz por 15 min a temperatura ambiente. Luego se sometió a reflujo a 150 °C
con agitación continua durante 6 h y se dejó enfriar hasta temperatura ambiente. A continuación, 50 mL de
solución se centrifugó por 15 min a 4000 rpm y el sobrenadante se evaporó a 180 °C durante 1 h para luego
darle un tratamiento térmico en un crisol abierto en horno mufla a 350 °C durante 1 h. El producto final se
pulverizó con un mortero de Agata y almacenado para su caracterización
.
(ver figura 1)
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Figura 1.
Proceso de síntesis de nanopartículas de CeO
2
con extracto alcohólico de
Aloe vera
.
2.3 Caracterización
Las fases presentes y estructura cristalina fueron analizadas, en muestras pulverizadas, mediante difracción de
rayos X, utilizando
el difractómetro Miniflex 600 (Rigaku) con un blanco de cobre (λ
cu
=0,154 nm), trabajando
a 40 kV, 15 mA, 0,02 ° de paso y a una velocidad de 2°/min en el rango de 20° a 80°. Los modos vibracionales
característicos de las nanopartículas de CeO
2
se analizaron con el microscopio confocal Raman Alpha 300R
(Witec) equipado con un láser de 532 nm como fuente de excitación, usando un portamuestra de aluminio y
objetivo de 50X. Los ensayos de fotoluminiscencia se realizaron usando el espectroflurometro LS-55 (Perkin
Elmer) equipado con lampara de xenón (longitud de onda de excitación 290 nm), para un rango de emisión de
325 a 500 nm. La absorbancia óptica de las nanopartículas fue analizada con el espectrofotómetro UV-vis
Lambda 750 (Perkin Elmer), de doble haz y con esfera de integración de espectralón de 60 mm, tomando el
espectro entre 250 y 500 nm. Los ensayos de fotoluminiscencia y absorbancia se hicieron dispersando 3 mg de
nanopartículas
en
10
mL
de
alcohol
de
96°
durante
20
minutos
para
su
respectivo
análisis.
También
se
estudiaron los modos vibracionales de las nanopartículas de CeO
2
mediante espectroscopía de Infrarrojo por
Transformada de Fourier, el cual fue realizado con un espectrómetro marca Spectrum Two (Perkin Elmer) con
escaneos de 4 acumulaciones. Todos los ensayos de caracterización se realizaron a temperatura ambiente.
-
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los patrones de difracción de rayos X (Figura 2) exhibieron picos de difracción correspondientes a la estructura
FCC
de CeO₂ (Tarjeta N° 9009008). A partir del pico más intenso correspondiente al plano (111), se estimó el
tamaño promedio de cristalito (
𝐷
) utilizando la Ecuación 1 (Iqbal et al., 2021), siendo
λ la longitud de onda de
rayos X (1,5406 Å para la radiación CuK
α
), k es la constante de Scherrer (0,89 para partículas esféricas), β es
el ancho completo a la mitad del máximo y θ es el ángulo de Bragg.
El parámetro de red se calculó mediante
la Ecuación 2 (Gunasekaran et al., 2019) y el volumen de celda unitaria se obtuvo mediante la relación V=a
3
.
𝐷
=
𝑘𝜆
𝛽 𝑐𝑜𝑠𝜃
(1)
𝑎
=
𝑑 √ℎ
2
+
𝑘
2
+
𝑙
2
(2)
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Figura 2
. Difractograma de rayos X de nanopartículas de CeO
2
.
Los modos vibracionales de las nanopartículas de CeO
2
sintetizados por química verde se estudió mediante
espectroscopia Raman, tomando espectros entre 400 y 1100 cm
-1
(Figura 3). Se observa una banda Raman de
primer
orden
(F
2g
) a
462 cm
-1
atribuido
al
estiramiento
simétrico
de la unidad
de
vibración
Ce-O, la cual
corresponde generalmente a la estructura cubica de fluorita (Dutta et al., 2016). Este modo puede considerarse
como el modo de estiramiento simétrico de ocho átomos de oxígeno alrededor de iones de Ce
4+
(O-Ce-O). El
desplazamiento al rojo observado con respecto a la posición típica del pico de 464 cm⁻¹ del CeO₂ indica la
existencia de un nivel moderado de vacancias
de oxígeno y una posible reducción de Ce⁴⁺ a Ce³⁺.
(Shirni et al.,
2025)
También se observaron dos picos débiles alrededor de 600 y 1050 cm
-1
, los que han sido atribuidos a modos
Raman de segundo orden, con el modo fonónico ωTO(X) + LA(X), cuya presencia
ha sido atribuido a los iones
de Ce
3+
y vacancias de oxígeno en el CeO
2
(Vasudevan, 2023). Una de las posibles causas de las vacancias de
oxígeno, es la reducción del CeO
2
a tamaños nanométricos (Schilling et al., 2017). También se calculó el
tamaño promedio (
𝐷
𝑅
) de las nanopartículas de CeO
2
usando el ensanchamiento de línea (Γ) Raman utilizando
la ecuación 3 (Arumugam et al., 2015).
Γ(𝑐𝑚
−1
)
=
10
+
137,4
𝐷
𝑅
(3)
Figura 3.
Espectro Raman de nanopartículas de CeO
2
.
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El parámetro de red presentado en la tabla 1 resultó mayor al reportado por Reed et al. (2014) (0,51 nm), pero
ligeramente menor
al
reportado por
Pisal
et al.
(2019)
(0,5468
nm) quien
explica
que valores
grandes
del
parámetro
de
red
estarían
asociados
a
vacancias
de
oxígeno
y
presencia
Ce
3+
en
la
superficie
de
las
nanopartículas de CeO
2
, esto es debido a que el Ce
3+
tiene un radio iónico mayor que el Ce
4+
generando un
aumento en el parámetro de red. Así mismo, se observa que el tamaño del
cristalito (
𝐷
) y el tamaño (
𝐷
𝑅
),
estimado a partir del espectro Raman, de las nanopartículas de CeO
2
son semejantes, lo que indicaría que son
monocristalinas con un tamaño cercano a 7 nm (Ahemad et al., 2025).
Tabla 1
. Parámetros estructurales de nanopartículas de CeO
2
.
|
Masa (g)
|
𝐷
(nm)
|
𝑎
(nm)
|
𝑉
(Å
3
)
|
𝐷
𝑅
(𝑛𝑚)
|
|
5
|
6,56
|
0,543
|
160
|
6,59
|
La figura 4 muestra el espectro de fotoluminiscencia a temperatura ambiente, observándose cinco bandas de
emisión. Una banda en la región UV a 382 nm se atribuye a un proceso de recombinación de banda a banda,
que posiblemente involucre excitones localizados o libres; una banda de emisión violeta a 409 nm que se
origina en los estados defectuosos que existen ampliamente entre el estado Ce 4f y la banda de valencia O 2p,
dos bandas de emisión azul fuerte a 425 nm y 444 nm que están relacionadas con los defectos abundantes como
las dislocaciones, que son útiles para el transporte rápido de oxígeno, una banda azul-verde débil a 488 nm que
posiblemente se deba a defectos superficiales en las nanopartículas de CeO
2
(Arumugam et al., 2015). Los
espectros Raman y de fotoluminiscencia sugieren la presencia de vacancias de oxígeno y defectos superficiales
el cual es consistente con lo reportado en la literatura para CeO₂ sintetizado por combustión
y sugiere una alta
densidad de sitios activos. (Shirni et al., 2025)
Figura 4
. Espectro de fotoluminiscencia de nanopartículas de CeO
2
La Figura 5 representa los espectros FTIR de nanopartículas de CeO
2
entre 500 cm
-1
a 4000 cm
-1
. Se observaron
vibraciones de estiramiento de Ce-O alrededor de 479 cm
−
1
confirmando la formación de nanopartículas de
CeO
2
con estructura cúbica centrada en las caras (Ghanbary et al., 2017). La vibración de estiramiento O
—
H
es responsable de la banda ancha observada en 3522 cm
−
1
, mientras que la vibración de flexión O
—
H, causada
por moléculas de agua químicamente adsorbidas, corresponde a la banda en 1626 cm
−
1
(Mishra et al., 2026).
Estos picos se producen debido a los compuestos fenólicos disponibles en el extracto de
Aloe vera
(Maan et
al., 2018), la presencia de este grupo podría deberse también a la naturaleza alcalina del extracto utilizado en
la reacción (Pisal et al., 2019), y podría corroborar que los grupos funcionales disponibles en los compuestos
químicos del extracto están fijados en la superficie de las nanopartículas de CeO
2
. También se observa una
banda alrededor de 1492 cm
-1
el cual indica los modos de vibracionales de estiramiento del C=O (Gunasekaran
et al., 2019). Las bandas a 3054 cm
−
1
y 1296 cm
−
1
están relacionadas con el modo de estiramiento de los grupos
C
–
H y C
–
O que son causados por los compuestos orgánicos del extracto vegetal (Miri et al., 2019; Dutta et al.,
2016).
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Figura 5
. Espectro FTIR de nanopartículas de CeO
2
El
CeO
2
es
un
semiconductor
de banda
directa,
con
n=1/2
para
la ecuación
4
(Gunasekaran et al.,
2019),
ajustando los datos de absorción a esta última ecuación y mediante extrapolación de las partes lineales de las
curvas a una absorción igual a cero (Phoka et al., 2009), se obtuvo el ancho de banda prohibida (E
g
).
𝛼ℎ𝜈
=
𝐴 (ℎ𝜈
−
𝐸
𝑔
)
𝑛
(4)
La energía del fotón se denota por
hν
. El coeficiente de absorción se denota por α y A es una constante que
involucra propiedades de las bandas (Iqbal et al., 2021). La figura 5 muestra el espectro de absorción UV-
visible de las nanopartículas de CeO
2
sintetizadas con extracto alcohólico de
Aloe vera
en donde se observa un
pico exc
itónico alrededor de 319 nm lo que lo que indica la formación de nanopartículas de CeO₂ (Choudary
et al., 2024), esto se relaciona también a la transferencia de carga del estado 2p del oxígeno al estado 4f del
cerio (Gunasekaran et al., 2019).
Figura 6
. Espectro de absorbancia de nanopartículas de CeO
2
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Las nanopartículas de CeO
2
sintetizadas con extracto de hoja fresca de pulpa de
Aloe vera
mostraron una banda
prohibida de 2,9 eV, inferior a la del CeO
2
en tamaño masivo. Ahemad et al. (2025) encontró un resultado
semejante para el ancho de banda prohibido y explica que esta reducción, probablemente debida a cambios
estructurales derivados de la síntesis biogénica, puede mejorar las propiedades electrónicas y fotocatalíticas de
las
nanopartículas.
Esta
energía
de
banda
prohibida
reducida
puede
atribuirse
a
las
vacancias
de
oxígeno
creadas en la muestra debido al proceso de combustión como ya se había mencionado antes.
De acuerdo a la tabla 1 el tamaño de las nanopartículas de CeO
2
son de 7 nm aproximadamente y teniendo en
cuenta el radio de Bohr para el CeO
2
(7-9 nm) se puede afirmar que existe confinamiento cuántico (Pisal et al.,
2019). Este confinamiento cuántico aumenta el ancho de banda prohibida; sin embargo, se ha afirmado que
cuando las nanopartículas de CeO
2
son muy pequeñas, aumenta la concentración de Ce
+3
, las cuales están
asociadas a las vacancias de oxígeno (Thill et al., 2020). Adicionalmente, en medio acuoso el CeO
2
tiene un
potencial electroquímico grande, lo que favorece la reducción de Ce
+4
a Ce
+3
(Reed et al., 2014), el cual provoca
más vacancias de oxígeno que origina un corrimiento al rojo del ancho de banda prohibida (Choudhury B. &
Choudhury A., 2012), lo que explicaría el valor reportado en la figura 6 en donde el ancho de banda prohibido
es menor al reportado en tamaño masivo.
Las nanopartículas de CeO₂ sintetizadas presentan características estructurales
y electrónicas favorables para
una
posible
aplicación
como
sensores
quimiorresistivos de
hidrógeno,
tales
como un
tamaño
de cristalito
nanométrico (~7 nm), un ancho de banda prohibido reducido (2.9 eV) y la presencia de vacancias de oxígeno.
De acuerdo con lo reportado en la literatura, estas propiedades favorecen una mayor adsorción de oxígeno, un
incremento
de
los
sitios
activos
y
una
transferencia
electrónica
más
eficiente
durante
las
reacciones
superficiales de detección. No obstante, su desempeño deberá validarse mediante mediciones de sensibilidad,
selectividad, estabilidad y tiempos de respuesta. (Shirni et al., 2025)
-
4. CONCLUSIONES
Se sintetizaron exitosamente
nanopartículas de CeO₂ utilizando extracto de hojas frescas
de pulpa de
Aloe vera
,
cuya
estructura
cúbica
centrada
en
las
caras
fue
claramente
confirmada.
La
espectroscopía
Raman
y
de
fotoluminiscencia
confirmaron
la
presencia
de
iones
Ce³⁺
y
vacancias
de
oxígeno,
mientras
que
la
espectroscopia FTIR reveló compuestos orgánicos residuales del extracto en la superficie de las nanopartículas.
El
corrimiento
al
rojo
del
ancho
de
banda
prohibida
se
atribuye
a
las
vacancias
de
oxígeno.
El
método
desarrollado es sencillo, económico y respetuoso con el medio ambiente.
-
5. AGRADECIMIENTOS
Se agradece el apoyo financiero de la Universidad Nacional de Trujillo a través de fondos del Canon Minero
mediante el contrato PIC No. 07-2024-MODALIDAD 02-VIII CONVOCATORIA, así mismo al Laboratorio
de Investigación 3 de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UNT por su apoyo para el análisis FTIR.
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