Producción fotocatalítica de hidrógeno empleando un óxido semiconductor modificado con metales de transición Público Deposited

Se presentan resultados sobre la producción fotocatalítica de H2 empleando como fotocatalizador un óxido semiconductor (TiO2) modificado con metales de transición (Mn2+, Zn2+, Zr4+); los materiales fueron sintetizados por el método sol-gel con diferentes contenidos (1.0 %, 3.0 %, 5.0 % y 10.0 % en peso) de los metales de transición en el TiO2. Los análisis termogravimétricos de los catalizadores muestran que a los 100° C se tienen pérdidas de peso menores al 5 % las cuales se asocian a la perdida de agua y solvente, de 100° C a 400° C se tienen pérdidas de materia orgánica con pérdidas de peso del 10 % al 20 % aproximadamente, después de los 400° C se presentan pérdidas de peso de aproximadamente 18 %. Los análisis de microscopia de barrido acoplado a la espectroscopía de dispersión de energía (EDS) muestra que los metales de transición se encuentran en forma de óxidos y en contenidos muy cercanos a los nominales. Por otra parte los estudios de fisisorción de N2 mostraron que los materiales presentan áreas específicas entre 88-136 para el sistema TiO2-MnO2, entre 85-159 m 2 /g para los materiales TiO2-ZnO y entre 91-157 m2 /g, para los semiconductores TiO2-ZrO2 , para los sistemas TiO2-MnO2 y TiO2-ZrO2 las áreas específicas aumentaron con el contenido de los metales de transición mientras que para los semiconductores TiO2-ZnO se obtuvo un decremento en el área conforme se incrementaba el contenido de ZnO. Los estudios de difracción de rayos X mostraron la fase anatasa para los tres sistemas sintetizados no encontrándose reflexiones relacionadas a los óxidos de MnO2, ZnO y ZrO2 los que sugiere que al menos parte de ellos podría estar en la red cristalina de la fase anatasa o que se encuentran altamente dispersos, no detectables por DRX en la superficie del TiO2. Los estudios por espectroscopía Raman mostraron que conforme aumenta la concentración del óxido metálico disminuye la intensidad de los picos Raman, sugiriendo una disminución en la cristalinidad de la fase anatasa. La espectroscopía UV-vis (reflectancia difusa) mostró que la energía de banda prohibida se ubica cercana a los 400 nm para los óxidos mixtos ZnO y ZrO2 (región del visible), mientras que los catalizadores con diferentes contenidos de MnO2, la banda de absorción óptica está ubicada alrededor de los 500 nm (región del visible). Los valores de las energías de banda prohibida (Eg) se encontraron entre 3.05-3.12 eV para los óxidos mixtos conteniendo ZnO y entre 3.0-3.2 eV para los óxidos conteniendo ZrO2. Con respecto al MnO2 los valores de Eg fueron entre 2.09-2.60 eV. Por otro lado se estudiaron los espectros de UV-vis de los óxidos mixtos a las cuales se les substrajo el espectro del TiO2. Comparando muestras antes y después de la reacción se pudo observar un cambio en los estados de oxidación de los metales utilizados. Por último los resultados de la actividad fotocatalítica en la producción de hidrógeno nos indican que en general ésta es función del contenido del metal de transición, superficie específica y tamaño de cristal.

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  • 2012
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Última modificación: 09/30/2022
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