Estudio de fotocatalizadores avanzados con actividad bajo iluminación solar para la fotogeneración de hidrógeno

• Autores: Olga Fontelles Carceller
• Directores de la Tesis: A. Kubacka (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: español
• Número de páginas: 180
• Tribunal Calificador de la Tesis: E. Rodríguez Castellón (presid.), Luisa María Gómez Sainero (secret.), Rafael Luque Álvarez de Sotomayor (voc.), Gerardo Colón Ibañez (voc.), Giuseppe Marci (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Aplicada por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Química inorgánica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • En este trabajo de investigación se muestra el estudio de diversos fotocatalizadores basados en TiO2 mediante un proceso fotocatalítico en fase líquida, el foto-reformado de alcoholes para la obtención de H2, utilizando tanto luz UV como Visible. Los sistemas utilizados han sido: P25 comercial, TiO2 puro y TiO2 dopado con Nb. Para la obtención de TiO2 puro y de Nb-TiO2, conteniendo ambos solo fase anatasa, se utilizó un método de microemulsión inversa y posteriormente se depositó Pt en ambos casos utilizando un método de reducción química, actuando así el Pt como co-catalizador. Los fotocatalizadores de Nb-TiO2/Pt presentan una actividad catalítica mejorada respecto a sus respectivas muestras de referencia.

    La caracterización de los materiales mediante diferentes técnicas ha permitido el estudio de las propiedades estructurales, electrónicas, ópticas y superficiales de los fotocatalizadores. Las técnicas utilizadas fueron; difracción de rayos X, espectroscopía ultravioleta-visible, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y microscopía electrónica de transmisión. La interpretación del comportamiento fotocatalítico se ha basado en los resultados de dichas técnicas, así como en estudios espectroscópicos in-situ de resonancia paramagnética electrónica y espectroscopía infrarroja de reflectancia difusa por transformada de Fourier.Las propiedades fotocatalíticas de los materiales se evaluaron a partir de la velocidad de reacción y la eficiencia cuántica determinada en su definición más estricta. Para la obtención de la eficiencia cuántica ha sido necesario el estudio de las propiedades ópticas del sistema, así como el uso de un modelado matemático para obtener valores precisos de dicha eficiencia. Los mejores resultados de actividad fotocatalítica en fase líquida se han obtenido con los fotocatalizadores preparados con una relación Pt:agente reductor de 1:5 y un contenido de 2,5% molar de Nb para el sistema de TiO2 dopado. Para el caso de las muestras con Pt de la serie de P25 bajo luz UV la eficiencia cuántica varía unas 3,5 veces dentro de la serie de catalizadores, observándose también que el Pt aumenta el rendimiento del P25 en dos órdenes de magnitud. En lo referente al sistema de TiO2 dopado con Nb, el factor de mejora de la eficiencia cuántica de la muestra de 2,5% de Nb respecto a su referencia de TiO2 fue de 6,5 bajo luz UV y 15 bajo luz visible, mostrando estas muestras dopadas una notable actividad bajo luz visible debido a la presencia de Nb. Finalmente, para sistemas Nb-TiO2/Pt se ensayaron tres alcoholes como agentes de sacrificio: metanol, etanol e isopropanol; obteniéndose la mejor producción de hidrógeno en el caso del metanol. Para todas las condiciones experimentales probadas con los tres alcoholes, el factor de mejora de la eficiencia cuántica para las muestras dopadas con 2,5% de Nb respecto a sus referencias de TiO2-Pt se encuentra entre 1,8 y 2,8 bajo luz UV, mientras que para luz visible está entre 3,6 y 6. En la interpretación de la foto-producción de hidrógeno de este último estudio ha sido importante tener en cuenta la selectividad en la oxidación de las biomoléculas, para así establecer una correlación entre la actividad y el potencial de oxidación del alcohol.