Influencia de nanomateriales carbonosos en la síntesis de fotocatalizadores para la producción de hidrógeno mediante foto-reformado del glicerol
- Autores: Juan Carlos Escamilla
- Directores de la Tesis: Jesús Hidalgo Carrillo (dir. tes.), Francisco José Urbano Navarro (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Marina Cortés Reyes (presid.), Antonio Pineda Pineda (secret.), Ángel Caravaca Huertas (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Fina por la Universidad de Córdoba
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
Actualmente, los combustibles fósiles proporcionan aproximadamente el 80% de la energía primaria mundial, mientras que el resto procede de la generación de electricidad por energías renovables y la nuclear [1]. El comienzo del siglo XXI no ha supuesto una disminución en la demanda de combustibles fósiles, sino todo lo contrario, debido al crecimiento de la población mundial y a la globalización en su mayor expresión. Aunque la mejora de la calidad de vida de las poblaciones debe su éxito al uso de los recursos energéticos y a las distintas actividades antropogénicas, también surge un antagonismo inherente a su uso, que ha contribuido con el cambio climático. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) estima un aumento probable del calentamiento global de 1,5 °C a 2,0 °C durante el siglo XXI, a menos que se reduzcan las emisiones de CO2 y demás gases de efecto invernadero [2]. Hasta ahora, la producción de hidrógeno sigue proviniendo de los recursos energéticos fósiles y, por tanto, contribuye como fuente contaminante y productora de 830 Mt CO2 al año. A futuro, se prevé que las industrias demanden mayores cantidades de hidrógeno provenientes de recursos renovables e incorporen tecnologías de captura, almacenamiento y utilización de carbono (CCUS) en los métodos de producción convencionales que utilizan combustibles fósiles, de tal manera que se alcance la neutralidad o cero emisiones de gases de efecto para el año 2050 (NZE) [3-5]. La producción solar de hidrógeno se considera una forma prometedora de utilizar la energía solar y abordar el cambio climático derivado de la combustión de combustibles fósiles [6]. Utilizando este enfoque se puede producir hidrógeno verde mediante fotocatálisis heterogénea a partir semiconductores que tienen una banda de energía prohibida adecuada como para ser excitados por luz UV y/o visible, así como unos potenciales redox de los bordes de las bandas de conducción y valencia adecuados para poder desarrollar las reacciones de oxidación y reducción necesarias [7,8]. Entre los catalizadores empleados, el TiO2 es el más utilizado en procesos fotocatalíticos desde que Fujishima y Honda, en 1972, provocaran la división del agua fotoelectroquímicamente sobre un cátodo de Pt y un fotoánodo de TiO2 [9]. La amplia utilización del TiO2 es debida a sus excepcionales propiedad ópticas y electrónicas, su estabilidad química, no toxicidad y bajo coste [10,11]. Sin embargo, este semiconductor también presenta algunos inconvenientes tales como una alta velocidad de recombinación de los pares electrón-hueco fotoinducidos, así como un band gap de aproximadamente 3.2 eV que solo permite la adsorción de un ~5 % de la radiación solar, por lo que estaría limitado al uso de radiación UV. Ante estas desventajas, se ha propuesto como estrategia dopar y/o añadir un co-catalizador al TiO2 con: a) metales nobles (Pt, Au) [12], no nobles (Cu, Ni) [13,14] o b) elementos no metálicos (B, C, N, S) [15,16], solo por citar algunos ejemplos. El uso de dopantes ha mejorado algunas características importantes del TiO2, por ejemplo; (a) la extensión del rango de absorción de luz a la región visible y/o (b) el retraso de la recombinación de los pares electrón-hueco. En este sentido, la combinación de TiO2 y carbón conduce a propiedades fotocatalíticas mejoradas, tales como: i) el aumento de superficie específica con un mayor número de sitios activos y de absorción, ii) un importante efecto fotosensibilizador que disminuye el valor de la banda de energía prohibida del semiconductor y iii) una reducción en la velocidad de recombinación de los portadores de carga
