Resumen de Control de la nanoestructura de sistemas M-TIO2 (M = PT y AU) preparados por fotodeposición con propiedades fotocatalíticas optimizadas
Control de la Nanoestructura de Sistemas M-TiO2 (M = Pt y Au) Preparados por Fotodeposición con Propiedades Fotocatalíticas Optimizadas Tesis Doctoral La presente tesis doctoral se llevó a cabo en el Grupo de Fotocatálisis Heterogénea - Aplicaciones del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla ¿ España (Centro Mixto Universidad de Sevilla ¿ Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)).
En el trabajo de investigación desarrollado se utilizó como material de referencia un dióxido de titanio obtenido por sol-gel y posteriormente sometido a un tratamiento de sulfatación. Para mejorar las propiedades fotocatalíticas del TiO2 sulfatado, se modificó por fotodeposición de platino y oro.
El objetivo principal de esta tesis ha sido investigar de qué manera las condiciones experimentales usadas en la fotodeposición de los metales sobre el TiO2 influyen sobre las propiedades del material, para poder así obtener un control sobre la nanoestructura del mismo. Para alcanzar este objetivo se realizó un estudio en el cual se modificaron sistemáticamente diferentes parámetros durante la fotodeposición de los metales sobre el TiO2; a partir de los resultados conseguidos se ha mostrado que el control de los parámetros de síntesis permite obtener fotocatalizadores Pt-TiO2 y Au-TiO2 con propiedades catalíticas optimizadas, lo que los hace útiles y eficientes en un número importante de reacciones químicas orientadas a la descomposición de contaminantes orgánicos o a la síntesis de compuestos en química fina.
Lo anterior resulta de gran impacto en el área de la Fotocatálisis heterogénea que en la actualidad representa una de las alternativas más promisorias en diferentes campos de aplicación.
Adicionalmente, los resultados derivados del trabajo de investigación realizado permitieron ampliar el conocimiento de las propiedades físico-químicas de los sistemas catalíticos Pt-TiO2 y Au-TiO2, lo que resulta útil no solo en el ámbito de la fotocatálisis sino también en otros campos de aplicación de la catálisis en general, donde estos materiales son ampliamente reconocidos y utilizados.
En general, se observó que la adición de Pt y Au aumenta considerablemente la fotoactividad del TiO2; sin embargo, este aumento depende de las propiedades de las partículas metálicas, tales como: tamaño y distribución y estado de oxidación de las especies metálicas.
El aumento de la fotoactividad del TiO2 por adición de metales nobles se ha atribuido principalmente a que los depósitos metálicos actúan como colectores de electrones, disminuyendo la recombinación de los pares electrón-hueco generados durante el proceso fotocatalítico; lo que constituye la principal limitante de la utilización del TiO2 en fotocatálisis heterogénea. Los resultados derivados del trabajo de investigación realizado en la tesis permitieron concluir que los depósitos metálicos pueden actuar también como centros de adsorción para las moléculas a oxidar. Se encontró además que el tamaño de partícula de metal es uno de los principales factores que afecta la adsorción de las moléculas y por ende la velocidad de oxidación de las mismas.
Los sistemas fotocatalíticos Au-TiO2 y Pt-TiO2, son materiales activos y efectivos en las reacciones de foto-degradación fenol, naranja de metilo y ciclohexano, que son reconocidos contaminantes ambientales provenientes de diferentes actividades industriales.
Igualmente, se encontró que estos materiales se presentan como una alternativa interesante para la producción de compuestos de química fina por fotocatálisis heterogénea. Así, los sistemas M-TiO2 presentan una alta selectividad hacia la producción de acetaldehído y ciclohexanona a partir de la foto-oxidación parcial de etanol y ciclohexano, respectivamente.
Esta tesis doctoral ha sido presentada en la modalidad ¿Compendio de Publicaciones¿, y atendiendo a los criterios señalados por la normativa de la Universidad de Sevilla, en el contenido de la memoria se incluyen un total de nueve publicaciones derivadas del trabajo de investigación desarrollado en la tesis. Estas publicaciones son:
1. J.J. Murcia, J.A. Navío, M.C. Hidalgo. ¿Insights towards the influence of Pt features on the photocatalytic activity improvement of TiO2 by platinisation¿. Applied Catalysis B: Environmental. 126 (2012) 76¿85.
2. J.J. Murcia, M.C. Hidalgo, J.A. Navío, V. Vaiano, P. Ciambelli and D. Sannino. ¿Ethanol partial photoxidation on Pt/TiO2 catalysts as green route for acetaldehyde synthesis¿. Catalysis Today. 196 (2012) 101¿ 109.
3. J. J. Murcia, M. C. Hidalgo, J. A. Navío, V. Vaiano, P. Ciambelli and D. ¿Sannino. Photocatalytic Ethanol Oxidative Dehydrogenation over Pt/TiO2: Effect of the Addition of Blue Phosphors¿. International Journal of Photoenergy. Volume 2012, Article ID 687262, 9 pages doi:10.1155/2012/687262.
4. J. J. Murcia, M. C. Hidalgo, J. A. Navío, D. Sannino, V. Vaiano, and P. Ciambelli. ¿Cyclohexane photocatalytic oxidation on Pt/TiO2 catalysts¿. Catalysis Today. 209 (2013) 164¿169.
5. M.C. Hidalgo, J.J. Murcia, J.A. Navío, G. Colón. ¿Photodeposition of gold on titanium dioxide for photocatalytic phenol oxidation¿. Applied Catalysis A: General. 397 (2011) 112¿120.
6. D. Sannino, V. Vaiano, P. Ciambelli, M.C. Hidalgo, J.J. Murcia, J.A. Navío. ¿Oxidative Dehydrogenation of Ethanol over Au/TiO2 Photocatalysts¿. Journal of Advanced Oxidation Technologies. Vol. 15, No. 2 (2012) 284¿293.
7. D. Sannino, V. Vaiano, P. Ciambelli, J.J. Murcia, M.C. Hidalgo, J.A. Navío. ¿Gas-Phase Photocatalytic Partial Oxidation of Cyclohexane to Cyclohexanol and Cyclohexanone on Au/TiO2 Photocatalysts¿. Journal of Advanced Oxidation Technologies. Vol. 16, No.1 (2013) 71¿82.
8. J.J. Murcia, M.C. Hidalgo, J.A. Navío, J. Araña, J.M. Doña-Rodríguez. ¿In Situ FT-IR Study of the Adsorption and Photocatalytic Oxidation of Ethanol over Sulfated and Metallized TiO2¿. Applied Catalysis B: Environmental. Artículo aceptado.
9. J.J. Murcia, M.C. Hidalgo, J.A. Navío, J. Araña, J.M. Doña-Rodríguez. ¿Photodecomposition and Surface Adsorption of Phenol and Methyl orange on Platinum-Supported TiO2¿. En preparación.
