Fotocatalizadores de ZnS(en)₀.₅ híbridos y CdS nanoestructurados para la reducción de Cr(VI), 4-nitrofenol y producción de H₂ Público Deposited
En el tercer apartado se presenta la influencia de la concentración de EN y el tiempo de maduración sobre las propiedades fotocatalíticas de los semiconductores de CdS evaluados en la reacción de reducción del 4-NF en presencia de Na₂SO₃ bajo radiación visible (azul) ó UV. El semiconductor CdS sintetizado en alto contenido de EN presenta la más alta actividad fotocatalítica en la redución del 4-NF a 4-aminofenol con radiación azul. El mejoramiento de la fotoactividad es atribuida a la presencia de una alta área específica, al presentar morfología en forma de nanobarras (~15nm). En este último apartado se estudió la influencia del fuerte confinamiento cuántico de CdS nanoestructurados en forma de barras o fibras sobre sus propiedades fotocatalíticas evaluados en la reducción de 4-NF y en la producción de H₂ bajo la radiación visible (Azul) ó UV. Los CdS fueron sintetizados por precipitación en una solución de agua-etilendiamina con CS₂ a diferentes temperaturas y tiempos de reacción, garantizando en algunos casos el confinamiento cuántico en base a su color verde-amarillo. El semiconductor CdS sintetizado en presencia de EN a 110⁰C y con 2h de maduración, es el que presenta la más alta actividad fotocatalítica tanto en la reducción de 4-NF como en la producción de H₂ bajo radiación visible (azul). Su alta actividad fotocatalítica es atribuida, probablemente, a la alta área específica, y a la morfología nanoestructurada en forma de fibras. En todos los apartados se proponen mecanismo de reacción para el mejoramiento de la actividad fotocatalítica en reacciones de reducción y en la producción de H₂. También se hace una comparación entre los mejores materiales de ZnS y de CdS, comparados con el fotocatalizador comercial a base de TiO₂ (P25). Los resultados muestran que tanto el ZnS como el CdS son mejores fotocatalizadores para efectuar reacciones de reducción, en donde el CdS es mucho más conveniente para esta aplicación debido a que absorbe radiación visible, específicamente en la región azul de la radiación solar.
En este trabajo se realizaron diversos estudios sobre los semiconductores nanoestructurados de CdS y ZnS sintetizados mediante precipitación en presencia de etilendiamina, fueron caracterizados y evaluados como fotocatalizador en reacciones de reducción de Cr(VI), del 4-nitrofenol (4-NF) y en la reacción de producción de H₂, usando radiación UV o visible. Estos estudios están divididos en 4 apartados. En el primer apartado se presenta la influencia de la etilendiamina (EN) en las propiedades fotocatalíticas de un material híbrido de ZnS(en)₀ꓸ₅ comparada con la del ZnS en la reacción de reducción del Cr(VI) a Cr(III) a diferentes condiciones de pH en presencia de ácido cítrico. Los resultados mostraron que el híbrido ZnS(en)₀ꓸ₅ presenta la mas alta eficiencia en la reducción del Cr(VI) a condiciones de pH ácido. Su mejoramiento en la actividad fotocatalítica es atribuido al incremento del proceso de transferencia de electrones por la presencia de EN dentro de la capa estructural del ZnS. En el segundo apartado se presenta la influencia del tiempo de maduración de la síntesis de los híbridos ZnS(en)₀ꓸ₅ durante la generación de H₂, usando una solución de metanol-agua bajo radiación UV. El patrón de difracción de rayos-X y los espectros de UV-Vis para ZnS-UV y ZnS-C400 (calcinado a 400⁰C) muestran propiedades foto-físicas y estructurales muy similares; sin embargo, la eficiencia del semiconductor ZnS-UV fue 7 veces más alto (4825 μmolh¯¹g¯¹) en comparación con el ZnS calcinado. Su alta producción de H₂ fue obtenida empleando una lámpara UV de muy baja intesisdad (2.2 mWcm¯¹) y es atribuida a la presencia de sitios activos causado por la lixiviación controlada de la EN desde la capa estructural del ZnS durante la irradiación UV.
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