Catalizadores multicomponente basados en TiO2-Pt para foto-producción de hidrógeno

• Autores: María Irene Barba Nieto
• Directores de la Tesis: Anna Elzbieta Kubacka (dir. tes.), Marcos Fernández García (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Sánchez Benítez (presid.), Paula Kayser Gónzalez (secret.), Mario Jesús Muñoz Batista (voc.), Jorge Francisco Torrero Cámara (voc.), María Retuerto Millán (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Avanzada por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Química física
      • Catálisis
      • Fotoquímica
    • Física del estado sólido
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • El sistema energético actual basado fundamentalmente en la explotación de combustibles fósiles presenta grandes problemas de sostenibilidad, así como un gran impacto medioambiental. Por ello, cada vez es más necesario llevar a cabo una transición hacia un sistema basado en energías renovables. Bajo este escenario, la utilización de hidrógeno como vector energético se presenta como una alternativa muy prometedora en base a su sostenibilidad y escaso impacto medioambiental. Dentro de los procesos empleados para producir hidrógeno, destaca la fotocatálisis, donde se produce la disociación de la molécula de agua empleando un catalizador y luz solar. A pesar de que éste presenta gran interés por emplear dos recursos muy abundantes en la naturaleza (agua y energía solar), la eficiencia del mismo hasta el momento es limitada y no permite su aplicación a nivel industrial. Los catalizadores utilizados en este proceso son semiconductores, con el objetivo de aumentar la eficacia de fotoproducción de hidrógeno se han aplicado diversas estrategias para mejorarlos destacando entre ellas las modificaciones estructurales, superficiales o la formación de sistemas compuestos, entre otras. En este contexto, el objetivo principal de este trabajo de investigación es el diseño de nuevos sistemas fotocatalíticos basados en TiO2, capaces de generar hidrógeno con una eficiencia cuántica cercana o superior al 10 % en el rango UV-vis de la radiación solar.

    Los métodos de síntesis empleados en la Tesis Doctoral han sido la microemulsión inversa para obtener el TiO2 puro y dopado. La síntesis hidrotermal para la formación de compuestos óxido- sulfuro y, finalmente, la reducción química para depositar elementos metálicos en la superficie del catalizador. Todos ellos han demostrado ser procesos muy eficaces en la formación de sistemas fotocatalíticos activos. A través de ellos, se han obtenido diferentes tipos de catalizadores con alta actividad en la fotoproducción de hidrógeno. En primer lugar, se han estudiado los sistemas óxido ¿ sulfuro, donde se ha analizado la influencia de la interfase entre el óxido, el metal noble y el sulfuro, sobre la actividad catalítica de los sistemas. En segundo lugar, se ha confirmado que el dopado con Zr mediante microemulsión inversa es un buen método para incrementar la actividad del TiO2 en la producción de hidrógeno. Por último, la combinación de ambas estrategias (dopado y formación de sistemas compuestos), ha resultado en la obtención de fotocatalizadores más activos que los anteriormente mencionados. En todos los casos se ha tratado de relacionar la actividad catalítica con los efectos ejercidos por cada componente del catalizador en el proceso estudiado y, particularmente, con el mecanismo de reacción. Asimismo, se ha demostrado que una baja concentración tanto de Zr como de SnS2 presentes en el TiO2 no modifican su estructura, pero si conducen a una mayor fotoproducción de hidrógeno debido al efecto combinado de ambos.

    Aunque todavía queda mucho camino por recorrer en cuanto al desarrollo de vías alternativas para la sustitución de los combustibles fósiles por hidrógeno como vector energético, esta Tesis Doctoral aporta nuevos fotocatalizadores con alta actividad en la producción de hidrógeno. Asimismo, contribuye a la determinación de los mecanismos de reacción de los distintos sistemas en función de su composición.