Síntesis de materiales base bismuto y plomo utilizados como cocatalizadores para la producción de hidrógeno vía fotocatálisis.

García de la Cruz, Diana (2016) Síntesis de materiales base bismuto y plomo utilizados como cocatalizadores para la producción de hidrógeno vía fotocatálisis. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Propósito y Método del Estudio: En base a la urgencia de encontrar fuentes alternas para la producción de combustibles y generación de energía surge la fotocatálisis, la cual se considera como un proceso alterno para la producción de Hidrógeno dado que se considera como un vector energético, luz solar como energía renovable, agua como fuente de Hidrógeno y un fotocatalizador para disociar la molécula de H2O, resultando ser una opción amigable con el medio ambiente, limpia, prometedora y libre de contaminantes. En la investigación realizada, se evaluó la actividad fotocatalítica para la producción de Hidrógeno por medio del uso de compositos como fotocatalizadores, empleando como catalizador TiO2 (Degussa p-25), el cual fue modificado con la adición de cocatalizadores Calcogenuros y Yoduros a base Plomo y Bismuto (PbS, PbI2, Bi2S3 y BiI3), los cuales fueron sintetizados por el método de inyección rápida para finalmente evaluar la influencia que tiene el Na2SO3 como agente de sacrifico en la reacción para la generación de Hidrógeno. La metodología experimental consta de tres etapas: en la primera etapa se realizó la síntesis de los cocatalizadores por el método de inyección rápida, así como las impregnaciones de los cocatalizadores, usando como sustrato Óxido de Titanio (TiO2 Degussa P25), empleando diferentes condiciones como temperatura, concentración y tiempo de impregnación. En la segunda etapa se determinaron las propiedades estructurales, electroquímicas y morfológicas por medio de Difracción de rayos X (DRX), Impedancia electroquímica, Microscopía electrónica de barrido (MEB) y Microscopía de escaneo electrónico de transmisión (STEM por sus siglas en inglés). Finalmente, en la tercera etapa se evaluó la evolución de Hidrógeno de las mezclas y la influencia que ejerce el agente de sacrificio sobre estas para mejorar la actividad fotocatalítica. Contribuciones y Conclusiones: Los patrones de difracción demuestran que los materiales sintetizados presentan fases puras ya que coinciden con la tarjeta reportada en el JCPDS, sin embargo para el PbI no se logra determinar la fase que le corresponde. Por otra parte, presentan un pequeño tamaño de partícula, puesto que las reflexiones obtenidas no son completamente cristalinas y los picos se encuentran ensanchados, mientras que las micrografías indican que el tamaño obtenido de partícula es <10 nm presentando una morfología variable. Las pruebas electroquímicas indican que la posición de bandas de los materiales favorece la reducción de la molécula de agua; este diagrama se obtiene tomando en cuenta el Eg del material y el valor de la banda de valencia o de conducción de material, los cuales son obtenidos por los gráficos de MottSchottky. Una vez obtenidos los compositos, se determinó el ancho de banda prohibida, encontrando que el espectro de absorbancia de intensifica o incrementa hacia longitudes de onda mayores. Con las pruebas fotocatalíticas se obtuvo una producción de 27, 26, 8 y 6 µmol H2/g para PbS-TiO2, PbI-TiO2, BiI3-TiO2 y Bi2S3–TiO2 respectivamente. Posteriormente, se mejoró la reacción con la adición de agente de sacrificio (Na2SO3), donde la tasa de evolución para TiO2-PbS, TiO2-PbI2, TiO2-Bi2S3 y TiO2-BiI3 fue de 576, 657, 369 y 872 µmol H2.g-1 respectivamente. La contribución del estudio expuesto consiste en lo siguiente: El TiO2 tiene actividad fotocatalítica, sin embargo no es suficiente, por lo tanto con el uso de cocatalizadores la producción de Hidrógeno se ve mejorada puesto que al formar un composito entre un catalizador y un cocatalizador, la recombinación del par hueco-electrón disminuye, ya que el cocatalizador funciona como una trampa de electrones antes de que estos regresen a la banda de valencia del catalizador. Aunado a lo anterior, se concluye que los materiales propuestos son capaces de producir protones, sin embargo, la reducción de éstos no se lleva a cabo de manera completa debido a la falta de electrones, entonces al adicionar agente de sacrificio, éste dona los electrones faltantes a la reacción mejorando notablemente la evolución de Hidrógeno y logrando una sinergia positiva.

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