Modificación de fotocatalizadores basados en CdS mediante control nanoestructural, dopado e hibridación con grafeno para producción de hidrógeno baja luz visible

• Autores: Erika Soto Morillo
• Directores de la Tesis: R.M. Navarro (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Número de páginas: 385
• Tribunal Calificador de la Tesis: Patricia Pizarro de Oro (presid.), Carolina Belver Coldeira (secret.), Sara isabel Augusto Fateixa Caria (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Aplicada por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Química física
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • El panorama energético actual basado en la explotación de recursos fósiles supone importantes problemas medioambientales que requieren un cambio en el paradigma energético hacia un sistema más sostenible. El tránsito hacia un sistema energético sostenible usando hidrógeno como vector energético supone el desarrollo de los procesos de obtención de hidrógeno atendiendo a criterios de sostenibilidad, viabilidad y competitividad económica, protección medioambiental y seguridad de suministro. Entre las tecnologías disponibles para la producción de hidrógeno, los procesos fotocatalíticos para la fotodisociación de la molécula de agua son de gran interés científico puesto que se basan en el empleo de dos de los recursos renovables más abundantes: el sol y el agua. Sin embargo a pesar de lo atractivo del concepto aún no se ha alcanzado el valor de eficiencia mínimo para su aplicación práctica. Los parámetros fisicoquímicos que mayor influencia ejercen sobre la actividad de los fotocatalizadores son sus propiedades electrónicas, estructurales y superficiales, pues definen la capacidad de absorción de luz del fotocatalizador para generar electrones y huecos, su transporte y/o recombinación y las reacciones de oxidación/reducción que tienen lugar sobre la superficie del material. Entre los fotocatalizadores más empleados se encuentran los óxidos, oxinitruros, oxisulfuros y los sulfuros, destacando entre ellos el CdS. Este fotocatalizador ha suscitado gran interés puesto que tiene un band gap estrecho (2.4 eV) que permite la absorción de luz en el intervalo visible y sus bandas de valencia y de conducción se encuentran en potenciales adecuados para llevar a cabo las reacciones de oxidación y reducción de H+ hacia H2.

    Sin embargo la eficiencia de este fotocatalizador es aún limitada, por lo que se estudian diversas estrategias para aumentar su eficiencia para la producción de hidrógeno. El control de la nanoestructura, la modificación de la estructura electrónica de bandas mediante la formación de soluciones sólidas o dopado, el empleo de co-catalizadores o la hibridación con materiales conductores como el grafeno, son estrategias que permiten incrementar la eficiencia y fotoactividad del CdS.

    En este escenario, el principal objetivo de la tesis doctoral es el desarrollo de fotocatalizadores basados en CdS de elevada actividad para la producción de hidrógeno bajo luz visible a través del control de su nanoestructura, la formación de soluciones sólidas, dopado y su hibridación con grafeno. Este estudio se ha llevado a cabo empleando la metodología de síntesis solvotérmica, utilizando elementos aliovalentes como el In3+, Ga3+ y Ag+ para la formación de soluciones sólidas y dopado, el estudio de las variables de preparación (fuente de azufre, sal precursora de cadmio y temperatura) así como el estudio de los métodos de reducción del óxido de grafeno y su empleo en la hibridación de fotocatalizadores CdS y CdS modificado con plata.

    La memoria de tesis doctoral se ha estructurado en siete capítulos distribuidos como sigue. En el primer capítulo se incluye una revisión del estado del arte sobre los procesos de producción de hidrógeno, prestando mayor atención a los retos a los que se enfrentan los procesos fotocatalíticos para la obtención de hidrógeno a partir de luz solar. En el segundo capítulo se exponen los objetivos establecidos en esta investigación y la metodología seguida para alcanzarlos. En el tercer capítulo se describen los materiales y procedimientos experimentales aplicados para la preparación de los fotocatalizadores, el fundamento teórico de las técnicas de caracterización aplicadas y el procedimiento para la medición de la actividad de los materiales sintetizados. Los capítulos del cuarto al sexto recogen los principales resultados experimentales obtenidos en la tesis doctoral, incluyendo en cada uno de ellos una breve descripción específica para enmarcar los antecedentes y objetivos del capítulo en cuestión. En el capítulo siete se resumen las principales conclusiones extraídas del trabajo de investigación. Finalmente, se incluyen tres anexos que incluyen: i) Índice de tablas, ii) Índice de pies de figura y iii) publicaciones y contribuciones a congresos derivados de la tesis doctoral.