Desarrollo de redes compuestas por nanofibras duales electrohiladas de TiO₂ y carbón, con potencial aplicación en una celda de combustible microbiana

García Gómez, Nora Aleyda (2013) Desarrollo de redes compuestas por nanofibras duales electrohiladas de TiO₂ y carbón, con potencial aplicación en una celda de combustible microbiana. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Propósito y Método del Estudio: Con la intención de contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías para la energía alternativa, en este trabajo se expone un estudio sobre el desarrollo de redes de nanofibras duales de TiO2 y carbón, cuya composición y metodología de formación son estrategias fundamentales para el desarrollo de biopelículas exoelectrogénicas sobre su superficie, lo que favorece el proceso de bioconversión de un sustrato químico a electricidad en una celda de combustible microbiana. Estos nuevos materiales unidimensionales se obtuvieron mediante la técnica de electrospinning dual, seguido de un proceso de calcinado. La caracterización morfológica y estructural se llevó a cabo por Microscopia Electrónica de Barrido de Emisión de Campo (FESEM), Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM), y Microscopia Electrónica de Barrido-Transmisión (STEM); la composición química y cristalográfica de las redes se determinó por Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos X (EDXS), Difracción de Rayos X (XRD) y Difracción de Electrones de Área Selecta (SAED); mientras que por Voltametría Cíclica (CV) y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) se realizó la caracterización electroquímica; por último la aplicación de los materiales como ánodos en una celda de combustible microbiana se evaluó mediante Cronoamperometría. Contribuciones y Conclusiones: Se logró diseñar y armar un equipo de electrospinning y al realizar una modificación al spinneret convencional, fue posible obtener nanofibras duales, esta configuración de nanofibras duales de bicomponente asegura un buen contacto entre las nanofibras individuales de TiO2-carbón y las nanofibras de carbón, ambas obtenidas en un solo paso de síntesis y de manera in-situ, lo cual conlleva a una optimización en el proceso. Las nanofibras duales favorecen los procesos de transferencia de carga, sobre las nanofibras simples; siendo la nanofibra de TiO2(rutilo)- C(semi-grafito)/C(semi-grafito) la más efectiva para ese propósito misma que presentó un valor de conductividad electrónica de 4.75x10-2 S, además se comprobó la biocompatiblidad de estos nanomateriales con el desarrollo de biopelículas de Escherichia coli K12 sobre su superficie y produce densidades de corriente de 17.7 mA/g. Por lo anterior, es posible que este tipo de materiales, como las nanofibras duales de TiO2 y carbón sean prometedoras para su aplicación como electrodos en dispositivos para el almacenamiento y conversión de energía, de manera particular en celdas de combustible microbianas, no solo por su morfología nanométrica unidimensional, sino porque se favorece el flujo de los electrones entre los dos materiales a esas dimensiones.

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