INFORME TÉCNICO FINAL REDES TEMÁTICAS DE INVESTIGACIÓN

Informe Final de la Red: Red de Nanociencias y Nanotecnología

Nombre del Proyecto: Materiales nanoestructurados para fotocatálisis: producción de hidrógeno y degradación de contaminantes Registro: 194451 Responsable: MARGARITA SANCHEZ DOMINGUEZ Institución: CENTRO DE INVESTIGACION EN MATERIALES AVANZADOS, S.C. 1. Resumen de la propuesta original (máx. 1 cuartilla) En este proyecto, se trabajó en colaboración entre investigadores de la UAM-Unidad Iztapalapa (equipo liderado por el Dr. Ricardo Gomez), de la UANL (equipo liderado por el Dr. Isaías Juárez) y el CIMAV, S.C. (liderados por la Dra. Margarita Sánchez). El proyecto está enfocado en el estudio de nanomateriales para fotocatálisis, particularmente para producción de hidrógeno y degradación de contaminantes. Los grupos participantes trabajaron en aspectos complementarios del proyecto. Se trabajó en una investigación de vanguardia, tanto en el diseño de los nanomateriales y en los métodos de síntesis de los mismos, así como en la caracterización profunda y el estudio de las propiedades a nanoescala. Se sintetizó una variedad de nanomateriales identificados como de alto potencial fotocatalítico, y se exploraron parámetros como: relación molar de dopantes, tamaños, formas, etc. El método de síntesis de microemulsión aceite-en-agua (O/W) se complementa con los métodos de sol-gel, hidrotérmico y solvocombustión para la preparación de ciertos nanomateriales. En base a un trabajo altamente colaborativo, los materiales fueron sintetizados, caracterizados profundamente, y evaluados en la producción de H2 a partir de la conversión del agua por vía fotocatalítica, y en la fotodegradación de contaminantes orgánicos. Además, se realizaron diversos estudios con el fin de entender la relación entre composición-estructura-desempeño. La unión de esfuerzos en este proyecto de Red, hizo posible desarrollar fotocatalizadores nanoestructurados con un alto desempeño para la reacción de conversión del agua en H2 y O2, así como para la fotodegradación de contaminantes orgánicos. El trabajo colaborativo ha permitido un mejor entendimiento tanto de los parámetros de síntesis como las características de los materiales que permiten un mejor desempeño fotocatalítico, como son las composiciones, cristalinidad, área específica, etc. Los logros más importantes de este proyecto fueron: desarrollo de fotocatalizadores nanoestructurados con un alto desempeño para la reacción de conversión del agua en H2 y O2, así como para la fotodegradación de contaminantes orgánicos; establecimiento de una red de colaboración en materia de materiales nanoestructurados para fotocatálisis; formación de recursos humanos mediante tesis de maestría y doctorado, algunas de ellas en conjunto ya que se tienen co-asesorías entre los participantes de éste proyecto; y la divulgación del conocimiento generado a través de la publicación de la investigación en revistas científicas indizadas de alto impacto (artículos aceptados, enviados y en preparación) y presentaciones en congresos.

2. Resumen sinóptico del informe en el período incluyendo el porcentaje de avance por objetivo y meta (máx. 1 cuartilla)

A continuación se muestra un resumen de los objetivos y su % de avance:

1. Objetivo General. Establecer un grupo de trabajo en el marco de la Red NyN, dedicado al diseño, síntesis, caracterización, y evaluación de fotocatalizadores nanoestructurados altamente eficientes en la reacción de conversión del agua en hidrógeno y oxígeno, así como para la fotodegradación de contaminantes. % AVANCE 100%. La red de colaboración está en funcionamiento. En los 3 grupos se trabajó en la síntesis y caracterización de fotocatalizadores nanoestructurados variados, y se realizaron estudios de fotocatálisis para la producción de H2 y la degradación de contaminantes. Se colaboró al compartir muestras, caracterizar los materiales de manera complementaria, evaluar los nanomateriales como fotocatalizadores, y formando recursos humanos de licenciatura, maestría y doctorado.

2. Desarrollo de nanomateriales novedosos capaces de producir hidrógeno por conversión del agua, así como degradar contaminantes mediante irradiación de luz UV y luz visible. % Avance 100%. Se desarrollaron materiales novedosos como óxidos mixtos de Cu/Ce que presentan una modulación del Eg y buen potencial como fotocatalizadores; también se comenzó el desarrollo de nanomateriales híbridos óxido magnético/óxido semiconductor, para facilitar la recuperación del fotocatalizador. Se realizaron los estudios de fotocatálisis para producción de H2 y degradación de contaminantes. Se mencionan más ejemplos en la siguiente sección.

3. Colaboración entre investigadores de varias instituciones pertenecientes a la Red (CIMAV, UANL), así como con otras instituciones que pudieran unirse a la misma en un futuro (UAM-I). % Avance 100%. Se comenzó a colaborar desde inicio del proyecto, y se planea seguir colaborando después del cierre del presente proyecto.

4. Investigación altamente relevante para energías alternativas que a futuro facilite la interacción con la Red de Fuentes Alternas de Energía. % Avance 100%. Se cuenta con resultados de la reacción fotocatalítica de conversión de agua en H2 y O2.

5. Investigación altamente relevante para el cuidado del medio ambiente que a futuro facilite la interacción con la Red de Medio Ambiente y Sustentabilidad y la Red de Agua. % Avance 100%. Se cuenta con resultados para la fotodegradación de contaminantes.

6. Incremento de infraestructura para la Red. % Avance 100%. Se adquirió un espectrofluorómetro (CIMAV); dos cromatógrafos de gases (UAM-I); y se adquirieron las herramientas y accesorios necesarios para armar un simulador solar (UANL).

7. Publicación de artículos en revistas internacionales de alto índice de impacto. % Avance 100%. Se publicó un artículo de fotocatálisis (aceptado); tres artículos están enviados; y se encuentran en prepación cuatro manuscritos enfocados en la síntesis y aplicación de fotocatalizadores. 8. Formación de recursos humanos de alto nivel en el área de la síntesis y caracterización de nanomateriales, así como en el área de la producción de energías alternativas. % Avance 100%. En éste proyecto se han involucrado 7 estudiantes (maestría y doctorado), cuyas tesis se encuentran en proceso y algunas de ellas han sido defendidas o serán defendidas en fechas muy próximas.

3. Avances o resultados en el período de acuerdo con los objetivos y metas asociados al calendario propuesto (extensión libre)

En el presente resumen se describen los resultados obtenidos por los tres grupos de investigación (CIMAV, UANL y UAM-I) de acuerdo a los objetivos y metas.

El objetivo general del proyecto es: Establecer un grupo de trabajo en el marco de la Red NyN, dedicado al diseño, síntesis, caracterización, y evaluación de fotocatalizadores nanoestructurados altamente eficientes en la reacción de conversión del agua en hidrógeno y oxígeno, así como para la fotodegradación de contaminantes. En los 3 grupos se trabajó en la síntesis y caracterización de fotocatalizadores nanoestructurados variados, y se realizaron experimentos de fotocatálisis. La red de colaboración está funcionando, ya que se sintetizaron fotocatalizadores por diversos métodos en los tres grupos, las cuales se compartieron entre los grupos para la evaluación de su desempeño fotocatalítico en la degradación de diversos contaminantes y en la producción de H2 mediante la conversion fotocatalítica del agua. Además, estos materiales se caracterizaron de manera complementaria en las tres instituciones. Se realizó de manera conjunta la formación de recursos humanos. Además, los resultados se presentaron en varios congresos internacionales. A continuación se describen los avances y resultados que se obtuvieron en este proyecto hasta el cierre de éste proyecto. Las actividades se describen de acuerdo a los objetivos y metas pleaneados. Cabe señalar que éste proyecto consideraba originalmente únicamente una etapa con duración de 1 año. La fecha de cierre fue modificada al 11 de Abril del 2013, ya que se solicitó una prórroga de 3 meses. Por tanto el proyecto constó de una etapa de 15 meses. 1. Selección de los nanomateriales a sintetizar en base al estado del arte, considerando materiales con alto potencial para llevar a cabo la reacción de conversión del agua en H2 y O2, así como en la degradación de contaminantes orgánicos. Actividades y resultados: En la reunión de arranque llevada a cabo en Monterrey (27 y 28 de Febrero del 2013, en las instalaciones de CIMAV y UANL), se acordó sintetizar varios materiales para síntesis de acuerdo al estado del arte: ZnO, TiO2, SiC-TiO2, SiC-ZnO, NaTaO3, FeTiO3/TiO2, FeTiO3, Sm2O3, WO3, MoO3, In3S4, MoS2, TiO2/ZnO, CeO2/CuO, CuO, CeO2, TiO2/MnO, TiO2/CeO2, Bi2S3, Cr2O3, ZnS, TiO2/Pt, MnO, y MnO2. Se acordó que se podía considerar sintetizar otros materiales conforme avanzaBA el proyecto. Los materiales que se sintetizaron fueron: Sm2GaTaO7, NaTaO3, , Bi2O3, BiVO4, BaBiO3, Sb2O3, FeTiO3/TiO2, FeTiO3, Sm2O3, WO3, ZnS, CdS2, MoO3, InS2, In3S4, MoS2, ZnO, TiO2, (UANL); SiC-TiO2, SiC-ZnO (UANL-CIMAV); CeO2/CuO, CuO, CeO2, TiO2/ZnO, TiO2, ZnO, Ag, ZnO/Ag, CoFe2O4, CoFe2O4/ TiO2, BiFeO3 (CIMAV); TiO2/Mn (UAM-I). 2. Síntesis de los fotocatalizadores nanoestructurados de interés, por el método de reacción en microemulsiones aceite-en-agua, sol-gel, solvotermal y estado sólido. Obtención de nanomateriales con buena cristalinidad, tamaño y forma controlada, alta área específica, alto control de composición y demás características.

Actividades y resultados. Se sintetizaron los siguientes materiales: Sm2GaTaO7, NaTaO3, , Bi2O3, BiVO4, BaBiO3, Sb2O3, FeTiO3/TiO2, FeTiO3, Sm2O3, WO3, ZnS, CdS2, MoO3, InS2, In3S4, MoS2, ZnO, TiO2, (UANL); SiC-TiO2, SiC-ZnO (UANL-CIMAV); CeO2/CuO, CuO, CeO2, TiO2/ZnO, TiO2, ZnO, Ag, ZnO/Ag, CoFe2O4, CoFe2O4/ TiO2, BiFeO3 (CIMAV); TiO2/Mn (UAM-I). Los materiales han sido sintetizados por los siguientes métodos: sol-gel (UANL y UAM-I), hidrotermal, molienda mecánica, solvo-combustión (UANL), coprecipitación (UANL y CIMAV), y síntesis en microemulsions aceite-en-agua (CIMAV). La caracterización de los materiales obtenidos demuestra que los materiales tienen un pequeño tamaño de partícula y/o son nanoestructurados (SEM-TEM); por difracción de rayos X se corrobora que se obtienen las fases cristalinas esperadas (ya sea directamente de la síntesis o mediante tratamientos térmicos apropiados); mediante análisis EDS y en algunos casos XPS se comprueba el control en la composición; y mediante análisis BET se ha comprobado que el area específica de los materiales obtenidos es relativamente alta.

3. Caracterización integral de los fotocatalizadores (TEM, SEM, XRD, TGA-DSC). Actividades y resultados. Se ha realizado la caracterización integral de cada uno de los materiales obtenidos, para ello se emplearon técnicas analíticas como la Difracción de Rayos-X (DRX), la Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), microscopía electrónica de transmisión (TEM), y análisis termogravimétrico. A continuación se presenta a manera de ejemplo la caracterización de algunos de los materiales sintetizados. Caracterización de óxidos mixtos CeO2/CuO con distinta relación de Ce/Cu (sintetizados por microemulsion O/W).

Figura 1. XRD de óxidos mixtos CeO2/CuO con distinta relación de Ce/Cu (sintetizados por microemulsion O/W). Se observa la possible formación de óxido mixto hasta una relación Ce/Ce 30/70.

Figura 2. Micrografías de MET de óxidos mixtos CeO2/CuO con distinta relación de Ce/Cu (sintetizados por microemulsion O/W). Se confirma la formación de óxido mixto hasta una relación Ce/Ce 30/70; por arriba de ésta, se observa la formación de CuO monoclínico. Materiales sintetizados en microemulsion O/W. Caracterización de óxidos mixtos TiO2/ZnO con distinta relación de Ti/Zn (sintetizados por microemulsion O/W)

Figura 3. Micrografías de MET de a) TiO2 (de la microemulsión); b) y c) TiO2 calcinado a 400ºC; d) TiO2/ZnO (1% Zn) calcinado a 400 °C; e) y f) TiO2/ZnO (5% Zn) calcinado a 400 °C. Materiales sintetizados en microemulsion O/W.

Figura 4. Patrones de difracción de rayos-X de las muestras de TiO2 y óxidos mixtos de Ti/Zn, obtenidas en microemulsiones O/W, lavadas, secadas a 70 ºC, y calcinadas a 400 ºC. Materiales sintetizados en microemulsion O/W Se indica tamaño de cristal.

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

2θ (°)20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

10002000

3000

4000

5000

5000

7000

80009000

10000

11000

Inte

nsity

(arb

. uni

ts)

TiO2 C400 12.4 nm

Ti/Zn 98/2 C400 12.0 nm

Ti/Zn 95/5 C400 7.0 nm

Ti/Zn 90/10 C400 16.0 nm

Figura 5. Análisis térmico diferencial de las muestras de TiO2 y óxidos mixtos de Ti/Zn. Materiales sintetizados en microemulsion O/W. Caracterización de Zn/Ag con distinto porcentaje de Ag (sintetizados por microemulsion O/W)

Figura 6. Micrografías de MET del ZnO/Ag: (a) y (b) 0.5% molar de Ag; (c) y (d) 1% molar de Ag (preparados por el método microemulsion O/W).

Caracterización de ZnO con distintas morfologías (sintetizados por microemulsion O/W) por XRD y Microscopía Electrónica.

Figura 7. Patrones de difracción de rayos-X de las muestras de ZnO con diferentes morfologías (imagen de microscopía mostrada), obtenidas en microemulsiones O/W. Se observa que según la forma de la nanoestructuras, el crecimiento preferencial de los planos es distinto. Caracterización de NaTaO3 obtenido por el método de solvo-combustión.

Figura 8. Patrones de difracción de rayos-X del NaTaO3 obtenido por el método de solvo-combustión.

(100) (002) (101)

(102) (110)

(103) (200)

(112) (201)

(004) (202) (104)

ZnO+nanogalletas

ZnO+ nanomoños

ZnO+nanomoras

ZnO+nanoflores

Figura 9. Micrografías de MEB del NaTaO3 preparado por el método de solvo-combustión.

> Figura 10. Micrografías de MET del NaTaO3 preparado por el método de solvo-combustión. Caracterización de TiO2 dopado con Mn obtenidos a tres diferentes valores de pH, preparados por el método de sol-gel.

Figura 11. Micrografías de MEB del TiO2 dopado con Mn obtenidos a tres diferentes valores de pH, preparados por el método de sol-gel.

Figura 12. Patrones de difracción de rayos-X del TiO2 dopado con Mn obtenidos a tres diferentes valores de pH, preparados por el método de sol-gel.

4. Determinación de las propiedades fisicoquímicas, electrónicas y ópticas (absorción UV-Vis, reflectancia, análisis BET, XPS, DLS, potencial zeta, curvas I-V, fotoluminiscencia,).

Actividades y resultados. Se realizaron estudios de absorción UV-Vis, reflectancia difusa, análisis BET y de algunas muestras XPS, DLS, potencial zeta, fotoluminiscencia, y curvas I-V. A continuación se detallan algunos ejemplos de dichas caracterizaciones. Eg de óxidos mixtos de CeO2/CuO en function de la relación Ce/Cu determinado por reflectancia difusa (sintetizados por microemulsion O/W).

Figura 13. Eg de óxidos mixtos CeO2/CuO en función del contenido de Cu (moles Cu*100 / (moles Cu + moles Ce).

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

E g/ e

V

% Cu

2.9 eV2.65 eV

2.27 eV

1.42 eV

CeO2: Reportado: 3.2 eV

CuO: Reportado 1.2-1.9 eV

Caracterización de ZnO con distintas morfologías (sintetizados por microemulsion O/W) por estudios de fotoluminiscencia.

Figura 14. Espectros de emisión (lambda de excitación= 325 nm) para ZnO con diferente morfología. Se observa que hay variaciones de acuerdo al tipo de nanoestructura, sobre todo para la banda de los defectos de superficie (entre 450 y 600 nm) y para los dos centros luminiscentes en 420 y 445 nm, los dos últimos se atribuyen al oxígeno intersticial y el Zn intersticial respectivamente, y su posición e intensidad varía. Asimismo la intensidad de la banda característica del excitón del ZnO centrada en 378 nm también depende de la forma de la nanoestructura. A futuro estas propiedaes luminiscentes se podrían correlacionar con la actividad fotocatalítica. Eg determinado por reflectancia difusa y análisis textural (BET) de óxidos mixtos de TiO2/ZnO con distinta relación de Ti/Zn (sintetizados por microemulsion O/W).

Tabla 1. Valores de Eg de las muestras de TiO2 y óxidos mixtos de Ti/Zn, obtenidas en microemulsiones O/W, lavadas, secadas a 70 ºC, y calcinadas a 400 ºC. Materiales sintetizados en microemulsion O/W.

Muestra Eg (eV)

TiO2 Ref 400 ºC 3.241

Ti/Zn 98/2 400 ºC 3.146

Ti/Zn 95/5 400 ºC 3.319

Ti/Zn 90/10 400 ºC 3.253

ZnO 500 ºC 3.035

350 400 450 500 550 600

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Intens

idad

 (u.a.)

L ong itud  de  onda  (nm)

       

Nanogalletas

NanomorasNanomoñosNanoflores

Tabla 2. Datos de análisis textural de las muestras de TiO2 y óxidos mixtos de Ti/Zn, obtenidas en microemulsiones O/W, lavadas, secadas a 70 ºC, y calcinadas a 400 ºC. Materiales sintetizados en microemulsion O/W.

Muestra Área Específica / m2/g

Tamaño de poro / nm

Vol. de poro / cm3/g

TiO2 C400 113.04 10.13 0.286

Ti/Zn 98/2 C400 247.1 5.76 0.356

Ti/Zn 95/5 C400 159.3 17 0.125

Ti/Zn 90/10 C400 172.4 6.25 0.270

Eg determinado por reflectancia difusa y análisis textural (BET) de NaTaO3 preparado por el método de solvo-combustión.

Tabla 3. Valores de Eg del NaTaO3 preparado por el método de solvo-combustión.

Tabla 4. Valores de área superficial específica (SBET) del NaTaO3 preparado por diversos métodos y valores obtenidos *en este trabajo por solvocombustión.

Muestra Eg /eV

NaTaO3-180 3.94

NaTaO3-400 3.98

NaTaO3-600

NaTaO3-700

4.01

4.00

Método de síntesis Temperatura/°C SBET / m2.g-1

Estado sólido 1200 0.6

Sol-Gel 600 23

Sol-Gel 600 14

Electrólisis y Hidrotermal 180 58

Ruta de síntesis de espacio confinado 500 46

*Solvo-combustión 180

400

600

700

118

75

41

34

Eg determinado por reflectancia difusa y análisis textural (BET) de TiO2 dopado con Mn obtenido a tres diferentes valores de pH, preparados por el método de sol-gel. Tabla 5. Análisis textural (BET) y Eg TiO2 dopado con Mn obtenido a tres diferentes valores de pH, preparados por el método de sol-gel.

5. Evaluación del desempeño de los fotocatalizadores en la reacción de conversión del agua para la producción de H2, utilizando luz UV y/o visible. Determinación de las mejores condiciones para una mayor eficiencia.

Actividades y resultados.

Como se ha mencionado en los apartados anteriores, durante este proyecto se logró obtener materiales que pudieran ser empleados como catalizadores en diversos dispositivos fotocatalíticos y electrocatalíticos sencillos y de alta eficiencia para la producción de hidrógeno. Dentro de los materiales que se han sintetizado y que fueron evaluados se describen a continuación los mejores resultados obtenidos. La fotocatálisis heterogénea es un proceso basado en la absorción directa o indirecta de energía radiante (visible o UV) por un sólido (el fotocatalizador, que normalmente es un semiconductor de banda ancha). En la región interfacial entre el sólido excitado y la solución tienen lugar las reacciones de destrucción o de remoción de los contaminantes, sin que el catalizador sufra cambios químicos. La excitación del semiconductor puede tener lugar de dos formas: • Por excitación directa del semiconductor, de manera que éste es el que absorbe los fotones usados en el proceso. • Por excitación inicial de moléculas adsorbidas en la superficie del catalizador, las que a su vez son capaces de inyectar cargas (electrones) en el semiconductor.

En la Figura 15 se muestra un esquema del proceso químico que ocurren en una partícula del semiconductor cuando está es excitada con luz lo suficientemente

energética.

Figura 15. Procesos que ocurren en la interfaz semiconductor-electrolito bajo iluminación. En la tabla 6 se muestran algunos de los materiales semiconductores que han sido preparados en el grupo de la UANL y los resultados de producción de hidrógeno. Estos materiales han sido sintetizados mediante diversos métodos de síntesis con lo que ha sido posible modificar sus características estructurales, electrónicas y fisicoquímicas, permitiendo con ello que su capacidad para llevar a cabo la reacción de conversión del agua en H2 y O2 se ve beneficiada. A una serie de nanomateriales se les agregó RuO2 y se emplearon como material activo para la producción de hidrógeno a partir de la reacción de conversión del agua en H2.

Tabla 6. Producción de hidrógeno vía fotocatálisis.

Particularmente, el NaTaO3 es el material semiconductor que mejores resultados fotocatalíticos arrojó en la producción de hidrógeno. A continuación se hace una breve descripción de los resultados de producción de hidrógeno obtenidos por este material. El material NaTaO3 obtenido por el método de solvo-combustión fue probado en la

reacción fotocatalítica de conversión del agua en hidrógeno y oxígeno bajo luz UV. En la figura 16 se muestran las curvas fotocatalíticas que muestran el comportamiento de cada uno de los materiales empleados en la producción de hidrógeno.

Figura 16. Producción de hidrógeno a partir de la conversión de agua utilizando como fotocatalizador el NaTaO3 obtenido por el método de solvo-combustión. De acuerdo a lo observado en la figura anterior, se tiene la siguiente tendencia en actividad fotocatalítica: 600°C>180°C>400°C>700°C. Es decir, el material calcinado a 600°C presentó la mayor eficiencia en la producción de hidrógeno. Este resultado puede ser debido a la combinación de dos factores: la alta cristalinidad del material, y su alta área superficial. Aunque no se descarta el hecho de que la presencia en pequeña proporción de la fase secundaria, Na2Ta4O11, pueda estar actuando como dopante, y con ello contribuir al incremento en la actividad fotocatalítica del NaTaO3 en la producción de hidrógeno. Los resultados indican que la muestra calcinada a 600°C produce 430 µmol.h-1.g-1, lo cual es un valor alto en comparación a lo reportado en literatura. Con la finalidad de incrementar un poco más la actividad fotocatalítica del NaTaO3, se le agregó una pequeña proporción de óxido de rutenio, RuO2, impregnado como co-catalizador. Se utilizó la muestra calcinada a 600°C para este fin, que fue la que mostró la mejor actividad fotocatalítica. En la figura 17 se muestran las curvas fotocatalíticas de la producción de hidrógeno empleando como fotocatalizador el NaTaO3 conteniendo 0.5, 1 y 1.5% en peso de RuO2.

µmol  H

2/g  

Time  of  irradia1on  (min)  

As-­‐prepared  400  

600  

Figura 17. Producción de hidrógeno a partir de la conversión de agua utilizando como fotocatalizador el NaTaO3 impregnado con RuO2. En esta figura se aprecia que la muestra conteniendo 1% en peso de rutenio es la que presenta la mayor cantidad de hidrógeno producido, cerca de 50000 µmol.g-1 después de 5 horas de reacción bajo luz UV. Este valor es 25 veces más grande que la cantidad de hidrógeno obtenida para el NaTaO3 sin co-catalizador. Cuando la muestra contiene menos de de 1% en peso de rutenio, el material no es activo debido a que no hay suficientes sitios de evolución de hidrógeno. Mientras que al tener una cantidad mayor al 1% en peso de rutenio, el material tiene una gran cantidad de co-catalizador en la superficie que inhibe la actividad del material debido a que obstruye el paso de absorción de luz del material. También se asume que un exceso de RuO2 provoca la presencia de centros de recombinación para los pares hueco-electrón, lo que provoca que disminuya la producción de hidrógeno. La cantidad de hidrógeno producido en este trabajo es muy superior a la reportada en otros trabajos para NaTaO3 impregnado con RuO2.

Otros estudios realizados con fines de producción de hidrógeno por vía fotocatalítica.

Implementación de un método indirecto para la producción de hidrógeno. La foto-reducción del p-Nitrofenol actualmente se utiliza como un método indirecto para determinar si el catalizador empleado es capaz de producir hidrógeno a partir de la conversión de la molécula de agua vía fotocatálisis. Esta transformación se debe a la interacción del p-nitrofenol con los iones hidrogeno que se encuentran presentes en el medio. Es decir, si el sistema es capaz de generar iones hidrógeno y producir la reducción de nitrofenol a aminofenol, entonces será capaz de generar hidrógeno. Dicha metodología se tenía implementada previamente en la UAM-I y se aprovechó parte de dicho aprendizaje para que los investigadores de la UANL montaran el sistema y la metodología en la UANL. En este caso, se utilizaron como catalizadores los óxidos mixtos de SiC-TiO2 y SiC-ZnO preparados por molienda mecánica. Tanto el TiO2 como el ZnO fueron preparados previamente por el método de microemulsión. La prueba de

fotoreducción del nitrofenol se llevó a cabo empleando una solución de 20 ppm de nitrofenol, a temperatura ambiente y a presión atmosférica. Se utilizó sulfito de sodio (Na2SO3) como agente reductor en la solución de p-nitrofenol para promover la formación del ion p-fenolato y una lámpara de luz UV como fuente de radiación.

En la figura 18 se muestran las curvas de UV, absorbancia vs longitud de onda, que muestran que aún no es posible observar la fotoreducción de nitrofenol a aminofenol, lo anterior debido a que la fotoconversión es muy pequeña y se empalman las señales en el espectro de UV. Normalmente la señal del aminofenol se detecta en 300 nm, mientras que la del nitrofenol aparece a 310 nm. No obstante, se seguirán realizando pruebas posteriores a éste proyecto, se optimizará la metodología y los materiales a probar.

Figura 18. Seguimiento de la reacción de nitrofenol.

Por otro lado, se planea evaluar en este proceso a los materiales mixtos TiO2/ZnO sintetizados en microemulsion O/W que se evaluaron para la fotodegradación de compuestos fenólicos. De ésta manera se continuará la colaboración entre el CIMAV y la UAM-I. Asímismo, se tiene contemplado evaluar los siguientes materiales (sintetizados en microemulsión O/W) en la producción fotocatalítica de hidrógeno: CeO2/CuO, CuO/Ag, ZnO/Ag, TiO2/Ag, TiO2 dopado con diversos cationes, y otras combinaciones de materiales híbridos como por ejemplo óxido magnético / óxido semiconductor. Esto forma parte de las perspectivas del proyecto como colaboraciones futuras entre los tres participantes (CIMAV, UANL, y UAM-I). Se cuenta con estudiantes de doctorado enfocados en ésta línea de investigación, y uno de ellos se encuentra en codirección entre CIMAV y la UANL (M.C. Maira Moreno). 6. Evaluación del desempeño de los fotocatalizadores en la degradación de colorantes índigo carmín, azul de metileno, Rodamina B, orange G, utilizando luz UV y/o visible. Determinación de las mejores condiciones para una mayor eficiencia.

Actividades y resultados. Se ha evaluado la fotodegradación del ácido salicílico y el colorante azul de metileno mediante óxidos mixtos; en la fotodegradación del colorante naranja G con TiO2 y óxidos mixtos de TiO2/ZnO (sintetizados en microemulsión O/W); en la fotodegradación de Rodamina B con ZnO de diferentes morfologías (sintetizados en microemulsión O/W); fotodegradación de Indigo Carmín con óxidos mixtos de CeO2/CuO (sintetizados en microemulsión O/W), así como en la fotodegradación de fenol, para-cresol y 4-clorofenol con ZnO, TiO2 y óxidos mixtos de TiO2/ZnO (sintetizados en microemulsión O/W). A continuación, a manera de ejemplo, se presentan algunos de éstos resultados.

Degradación de Naranja G con TiO2 y óxidos mixtos de TiO2/ZnO (sintetizados en microemulsión O/W, colaboración CIMAV-UANL).

En la Figura 19 se observa la actividad fotocatalítica para la fotodegradación del colorante Naranja G bajo luz UV (lámpara de Xe 35 W), mediante nanopartículas de TiO2 y óxidos mixtos de TiO2/ZnO (sintetizados en microemulsión O/W). Se puede observar que los materiales sintetizados en microemulsión presentan una actividad fotocatalítica superior al del material de Degussa TiO2 P25; también se observa que a un 1% de dopaje de ZnO no se presentó un efecto benéfico del mismo, ya que el TiO2 sin dopar fue bastante más activo.

Figura 19. Comparación en la capacidad de fotodegradación del TiO2 y TiO2–ZnO-1% (sintetizados en microemulsión O/W) vs TiO2 P25 de Degussa para Naranja G.

Degradación de Rodamina B con ZnO de diferentes morfologías (sintetizados en microemulsión O/W, CIMAV).

Se realizó un estudio de actividad fotocatalítica en luz UV (lambda principal = 360 nm, 125 W) para la degradación del colorante Rodamina B (solución de 5 ppm, 40 ml) utilizando nanomateriales de ZnO con diferentes morfologías (0.02 g). Los materiales fueron sintetizados en microemulsiones O/W (nanoflores) y microemulsiones bicontinuas (nanocables y nano “rosas del desierto”, sintetizados con utilizando diferentes tiempos de reacción). La actividad más alta se encontró con los nanocables de ZnO (Figuras 20 y 21); se infiere que esto pudiera ser debido a su mayor área superficial (Tabla 7).

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

TiO2-ZnO 1%

TiO2

P25

C/C

0

time / minutes

Material % Degradación (3 horas)

P25 74.8

TiO2 99.8

TiO2-ZnO 1% 99.6

Figura 20. Comparación cualitativa en la capacidad de fotodegradación de la Rodamina B para muestras de ZnO con diferentes morfologías. ZnO nanoflores sintetizados en microemulsión O/W; ZnO nanocables y nano “rosas del desierto” sintetizados en microemulsiones bicontinuas (síntesis de ZnO a 5 min y 2 días de reacción).

Figura 21. Comparación cuantitativa en la capacidad de fotodegradación de la Rodamina B para muestras de ZnO con diferentes morfologías. ZnO nanoflores sintetizados en microemulsión O/W; ZnO nanocables y nano “rosas del desierto” sintetizados en microemulsiones bicontinuas (síntesis de ZnO a 5 min y 2 días de reacción).

Tabla 7. Valores de área superficial específica (SBET) y volumen de poro para ZnO con diferentes morfologías. ZnO nanoflores sintetizados en microemulsión O/W; ZnO nanocables y nano “rosas del desierto” sintetizados en microemulsiones bicontinuas (síntesis de ZnO a 5 min y 2 días de reacción).

ZnO  nano  “rosas  del  desierto”

ZnO  nanoflores ZnO  nano  “rosas  del  desierto”

ZnO  nanocables

ZnO  nanoflores ZnO  nanocables

Degradación de Indigo Carmín con óxidos mixtos CeO2/CuO de diferentes morfologías (sintetizados en microemulsión O/W, colaboración CIMAV-UANL). Como se observó en los resultados de caracterización, los óxidos mixtos CeO2/CuO presentaron valores de Eg entre 2.9 y 2.65 eV. Por tanto se decidió probar en la degradación de colorantes bajo luz visible (lámpara de Xe). Como se puede observar en la Figura 22 hay algo de adsorción, y el óxido mixto fue medianamente activo, sin embargo cabe destacar que el material utilizado no era calcinado, por tanto como perspectiva de éste estudio se planea realizar pruebas calcinando el material con el fin de mejorar la cristalinidad y con ello la actividad fotocatalítica.

Figura 22. Fotodegradación de Indigo Carmín utilizando óxidos mixtos CeO2/CuO utilizando luz visible. Degradación de 4-nitrofenol con TiO2 dopado con 1% de manganeso sintetizado por sol-gel a diferentes pHs (UAM). Con los materiales de TiO2 dopado con 1% de manganeso sintetizado por sol-gel a diferentes pHs (3, 6, 9) se realizaron estudios de fotocatálisis para degradar el 4-nitrofenol bajo luz UV (lámpara de 254 nm). En la Figura 23 (izquierda) se observa como la absorbancia del compuesto contaminate 4-nitrofenol disminuye de forma rápida a medida que el tiempo de reacción avanza y en la Figura 23 (derecha) se muestran la comparación en el porcentaje de degradación de 4-nitrofenol utilizando los fotocatalizadores MT-A, MT-N, MT-B (sintetizados por sol-gel a pH 3, 6, y 9), así como el P-25 de Degussa. Como se observa todos los materiales favorecen la degradación total del 4-NP. De acuerdo a la difracción de rayos X, el material calcinado a 500°C y sintetizado a pH 3, es el que presenta mejor cristalinidad y contiene mayor proporción de la fase anatasa, así como un menor valor de Eg (2.01 eV), presentando también una mayor eficiencia en la degradación del contaminante con un 96% y el mayor grado de mineralización.

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0.2#

0.4#

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1.2#

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200# 250# 300# 350# 400# 450# 500# 550# 600# 650# 700#

ABSO

RBAN

CE)/)A.U.)

λ)/)nm)

Time#Zero#15#min#adsorp8on#30#min#adsorp8on#15#min#visible#light#30#min#visible#light#45#min#visible#light#60#min#visible#light#120#min#visible#light#180#min#visible#light#

Figura 23. Izquierda: Espectro UV-vis de 4-Nitrofenol en función del tiempo de irradiación con MT-A (izquierda). Derecha: Porcentaje de degradación de 4-Nitrofenol con los materiales: a) P-25 (b) MT–A (c) MT- N (d) MT-B. Materiales de TiO2 dopado con 1% de Mn. Degradación de fenol, 4-clorofenol y para-cresol con TiO2 dopado con diferentes cantidades de Zn, sintetizados por el método de reacción en microemulsiones O/W (CIMAV-UAM). En esta parte del trabajo se exploraron materiales como el TiO2 y óxido mixto de Ti/Zn variando la relación molar Ti / Zn del material, los materiales fueron sintetizados por el método de reacción en microemulsión O/W. Se evaluó el efecto de la relación Ti/Zn en la fotodegradación de varios contaminantes orgánico del tipo fenólico. Cabe mencionar que en estudios preliminares también se evaluaron materiales de ZnO de diferentes morfologías pero no fueron activos para éstas reacciones. Para los estudios de fotodegradación se utilizaron lámparas de 254 nm de baja potencia (2.16 watts, 4.2 mW/cm2) y un fotoreactor de vidrio en el cual la lámpara se encuentra contenida en un tubo de cuarzo sumergido en la solución del contaminante. Los resultados de fotodegradación mostraron que los catalizadores sintetizados son eficientes para llevar a cabo una alta mineralización de fenol, 4-clorofenol y del para-cresol. Obteniéndose con el catalizador más activo (óxido mixto de Ti/Zn 95/5), una mineralización del orden de 82% para la molécula del fenol. En la Figura 24 se muestra el sistema de fotocatálisis utilizado; cabe destacar que dicha configuración se utilizó para la mayoría de los experimtos de fototcatálisis reportados en el presente informe.

Figura 24. Dispositivo utilizado para la fotocatálisis en la mayoría de los estudios reportados.

Los resultados de fotocatálisis obtenidos con el TiO2 con las tres moléculas de prueba se muestran en las Figuras 25 y 26.

Figura 25. Comparación de la capacidad de degradación del TiO2 ref 400°C (sintetizado en microemulsión O/W) para las tres moléculas de prueba.

Figura 26. Comparación en la capacidad de degradación y mineralización del TiO2 ref 400°C (sintetizado en microemulsión O/W) para las tres moléculas de prueba. Datos considerados a distintos tiempos: 6 horas para fenol, 4 horas para el p-cresol y 2.5 horas para el 4-clorofenol. Al comparar la capacidad que presenta el material TiO2 sintetizado por microemulsión para las tres moléculas de prueba, se observó que el grupo metilo o cloruro afecta notablemente la facilidad para la fotodegradación de los

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.0

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1.0

PM: 94.11g/mol

PM: 108.13g/molC/C

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tiempo (minutos)

TiO2 fenol TiO2- p-Cresol TiO2-4Clorofenol

PM: 128.6g/mol

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0

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% degradado

% m

ineralizado

p-Cresol4-clorofenol

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iner

aliz

ado

% degradado % mineralizado

Fenol

compuestos fenólicos. Esto podría asociarse con los sustituyentes en el anillo aromático los cuales, posiblemente, pueden propiciar una diferencia en la densidad de carga dependiendo del tamaño del sustituyente con lo cual en la molécula de Fenol, puede encontrarse la densidad de carga distribuida de manera más uniforme sobre toda la estructura, lo que la convierte en una molécula más difícil de absorber en la superficie del sólido en comparación con el p-Cresol y el 4-Clorofenol. En la Figura 27 se muestran estudios relacionados con las tres moléculas de prueba, pero ahora utilizando el material de óxido mixto Ti/Zn 90/10 sintetizado en microemulsión O/W. Se puede observar que el comportamiento es parecido que con el TiO2 sintetizado en microemulsión, aunque la fotocatálisis se hace algo más lenta.

Figura 27. Comparación de la capacidad de degradación del óxido mixto Ti/Zn 90/10 (sintetizado en microemulsión O/W) calcinado a 400°C para las tres moléculas de prueba.

Como se comprobó tanto con el TiO2 como con el óxido mixto Ti/Zn 90/10 que la molécula más difícil de degradar era la molécula del fenol, para los últimos estudios de ésta serie se evaluó únicamente la fotodegradación de ésta molécula, utilizando óxidos mixtos de Ti/Zn sintetizados en microemulsiones O/W con diferente relación molar Ti/Zn. En las Figura 28 y 29 se muestran los resultados obtenidos a partir de dichas pruebas. Se puede observar que el material más activo fue el óxido mixto de Ti/Zn 95/5. Incluso, para un tiempo de reacción de 5 horas, dicha muestra da mejores resultados que la muestra de TiO2 REF 400. Tomando en cuenta los resultados de la caracterización, se infiere que la actividad fotocatalítica superior de la muestra Ti/Zn 95/5 se le podría atribuir al menor tamaño de cristal y partícula más pequeño y un valor de Eg más alto, aunado a una concentración óptima de Zn para una mejor separación de cargas y una mayor producción de especies fotoactivas. En comparación con los resultados de otros estudios similares encontrados en literatura, se vislumbra un buen potencial de los óxidos mixtos Ti/Zn así como el TiO2 sintetizados por el método de microemulsión O/W, para la fotodegradación de contaminantes fenólicos, tomando

en cuenta que en la mayoría de los estudios utilizan lámparas de mayor potencia, así como una mayor relación fotocatalizador: fenol, y reactivos de sacrificio como H2O2.

Figura 28. Comparación en la capacidad de degradación del efecto del ZnO para la molécula de fenol. Oxidos mixtos sintetizados en microemulsión O/W, calcinados a 400°C.

Figura 29. Comparación en la capacidad de degradación y de mineralización en función de la relación Ti/Zn para la molécula de fenol. Comparación a 5 horas de reacción. Oxidos mixtos sintetizados en microemulsión O/W, calcinados a 400°C.

8. Determinación de la relación composición-estructura-desempeño. Actividades y Resultados. Producción de Hidrógeno. Con base en los resultados obtenidos, en este trabajo consideramos que existe un efecto de sinergia entre la cristalinidad del material y el área superficial específica para incrementar la actividad fotocatalítica del NaTaO3. Algunos trabajos reportan el uso del NaTaO3 como fotocatalizador para la producción de hidrógeno, el cual ha sido dopado con pequeñas cantidades de otros materiales, como La o Sr, llegando a formar una nanoestructura cúbica. Al impregnar con un co-catalizador como el NiO o el RuO2, la actividad fotocatalítica se ve incrementada considerablemente. Por ello, creemos que un efecto similar

0"

10"

20"

30"

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50"

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2/98" 5" 10"

%"DE

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C/C0"TOC"

C/C0"UV2Vis"

está ocurriendo aquí ya que como se mencionó, se observe durante la síntesis la formación de una fase secundaria, Na2Ta4O11, la cual está presente en una proporción y probablemente este provocando un efecto simultáneo entre esta fase y el RuO2, incrementando la actividad fotocatalítica del NaTaO3. Esto es posible ya que por el método empleado se puede tener un control en la morfología del material cristalino NaTaO3, en forma de nanocubos, y además se logra una alta área superficial específica, favoreciendo entonces la actividad fotocatalítica para la producción de hidrógeno. Composición y propiedades de los materiales. De acuerdo a la composición del óxido mixto CeO2/CuO se logró la modulación del Eg en óxidos mixtos de Ce/Cu; estos resultados dan la pauta para realizar estudios de fotocatálisis bajo luz visible variando la concentración de Cu en dichos materiales. En el presente proyecto sólo fue posible realizar estudios preliminares, esto principalmente debido al tamaño tan pequeño de los materiales (2-3 nm), y por tanto su alta adsorción de los contaminantes, será necesario aumentar su tamaño de partícula ya sea por via de la síntesis o bien mediante tratamiento térmico. Morfología de ZnO y actividad fotocatalítica para la degradación de la Rodamina B. Se observó una actividad fotocatalítica superior para los nanocables en comparación con las estructuras en nanocables y nanoflores, lo cual según se infiere se pueda deber a la mayor superficie específica así como también a las caras del cristal expuestas por causa del crecimiento preferencial. Oxidos mixtos de Ti/Zn: efecto de la relación Ti/Zn. Para la degradación del fenol, se observó una actividad fotocatalítica superior de la muestra Ti/Zn 95/5 lo cual se le podría atribuir al menor tamaño de cristal y partícula más pequeño y un valor de Eg más alto, aunado a una concentración óptima de Zn para una mejor separación de cargas y una mayor producción de especies fotoactivas. Por otro lado, para la degradación del Naranja G, se observó una mayor actividad fotocatalítica para el TiO2 que para el óxido dopado con 1% de Zn. Es necesario llevar a cabo más estudios para ambos sistemas, con el fin de delimitar adecuadamente la concentración óptima de Zn para cada proceso. 9. Divulgación de resultados mediante la publicación de artículos en revistas internacionales indizadas de alto impacto. Actividades y Resultados. Con los resultados generados, se publicó un artículo, (aceptado, in press); otros tres han sido enviados y se encuentran en revisión; y finalmente, actualmente se encuentran en preparación para enviar: varios manuscritos de síntesis (3) y 1 artículo de fotocatálisis. A continuación se enlistan los artículos aceptados, enviados y en preparación. 1. Christian Gómez Solís, Miguel A. Ruiz-Gómez, Leticia M. Torres-Martínez, Isaías Juárez-Ramírez and Daniel Sánchez Martínez. Facile solvo-combustion synthesis of crystalline NaTaO3 and its photocatalytic performance for hydrogen production. Aceptado en FUEL 2014.

2. Isaías Juárez-Ramírez, Leticia M. Torres-Martínez, Christian Gómez Solís, Juan Carlos Ballesteros Pacheco, Edilso Reguera Ruiz. Photoelectrochemical hydrogen production using SiC-TiO2:Sm3+ as semiconductor electrode. Enviado a Electrochimica Acta 2014. 3. Leticia Torres-Martínez, María Elvira Zarazúa Morín, Edgar Moctezuma and Isaías Juárez Ramírez. Photocatalytic degradation of Orange G dye with FeTiO3/TiO2 illuminated with a solar light emulator lamp. Enviado a Catalysis Communications 2014. 4. Sandra Cipagauta-Díaz, Agileo Hernández-Gordillo, Sonia Mancipe, Ricardo Gómez, Fotocatalizadores de TiO2/Mn en la degradación de contaminantes ambientales: efecto del pH de síntesis. CICAT 2014: Congreso Iberoamericano de Catálisis, 14-16 Septiembre del 2014, Medellín, Colombia. Enviado, Extenso de congreso. 5. Kelly Pemartin, Andrea V. Vela-Gonzalez, César Leyva-Porras, Isaías Juárez-Ramírez, Conxita Solans, Margarita Sánchez-Domínguez. Systematic tuning of the bandgap of mixed Cu/Ce oxide nanoparticles synthesized by the Oil-in-Water microemulsion reaction method. En preparación, por enviarse a Langmuir o Journal of Colloids and Interface Science. 6. Andrea V. Vela-Gonzalez, Kelly Pemartin, Isaías Juárez-Ramírez, Conxita Solans, Margarita Sánchez-Domínguez. CuO nanotapes synthesized by the O/W microemulsion method. En preparación, por enviarse a Materials Letter o Chemistry Letters. 7. Germán Vidal López, Kelly Pemartin, Conxita Solans, Isaías Juárez-Ramírez, Margarita Sánchez Domínguez. Controlling the morphology of ZnO nanostructures synthesized in O/W microemulsions: variation of precipitation agent and microemulsion composition. En preparación, por enviarse a Materials Letters o Journal of Colloids and Interface Science. 8. Getsemani Morales, María de Jesús Rodríguez, Celina Ibarra Malo, Lilia Bautista Carrillo, Andrea V. Vela-Gonzalez, Arturo A. Rodríguez Rodríguez, Isaías Juárez Ramírez, Ricardo Gómez, Margarita Sánchez Domínguez. Synthesis of Ti/Zn mixed oxides by the O/W microemulsion reaction method and its use in the photodegradation of Orange G and Phenol derivatives. En preparación, por enviarse a J. Hazardous Materials, Catalysis Today, o Catalyst. Algunos de los resultados se han difundido a través de presentaciones en congresos internacionales: 1. Congreso 5th Iberian Meeting on Colloids and Interfaces, Donostia, San Sebastián, España, 26 al 28 de Junio. Oil-in-Water microemulsions for the synthesis of CeO2, CuO, and CuO/CeO2 nanoparticles and their use as photocatalysts. (POSTER-SESION ESPECIAL CON PRESENTACION ORAL DE 5 MINUTOS)

2. Taller Internacional sobre el Desarrollo de Materiales para Fotosíntesis Artificial 2013. México, D.F. 21-22 de Octubre de 2013. Título: Hydrogen production using as catalyst NaTaO3:Na2Ta4O11; Título: Performance-structure aspects in semiconductor materials for hydrogen production and the effect of their synthesis route.

3. Taller Internacional sobre el Desarrollo de Materiales para Fotosíntesis Artificial 2013. México, D.F. 21-22 de Octubre de 2013. Margarita Sánchez-Domínguez, Andrea V. Vela-González, Arturo A. Rodríguez-Rodríguez, María J. Rodríguez-Vargas, C. Celina Ibarra-Malo, Isaías Juárez-Ramírez, J. Ricardo Gómez-Romero. Síntesis de nanomateriales con aplicaciones potenciales en fotocatálisis vía microemulsiones aceite-en-agua. Presentación Oral. 4. EMN Fall Meeting 2013: Energy Materials Nanotechnology. Orlando, Florida, Diciembre 2013. Margarita Sanchez Dominguez, Kelly Pemartin, German Vidal-Lopez, Andrea Vela-Gonzalez, Jessica Ledesma-Romero, Arturo Rodríguez-Rodríguez, Isaías Juárez-Ramírez, Conxita Solans, Magali Boutonnet, Oil-in-water microemulsiones for the synthesis of single and hybrid inorganic nanostructures: examples of use in catalysis and other application. Charla Oral Invitada. Asimismo, se han enviado trabajos para su presentación en congresos para el año 2014. 10. Formación de recursos humanos. Se planteó involucrar al menos 4 estudiantes de maestría y 1 estudiante de doctorado para que apoyen en las distintas actividades del proyecto. Actividades y Resultados. En este aspecto se han superado las expectativas, ya que durante el desarrollo de este proyecto en esta primera etapa se involucró a los siguientes estudiantes de maestría y doctorado: 1. Miguel Ángel Ruiz Gómez. Cristaloquímica de nuevos óxidos cerámicos Sm2MTaO7 (M = In, Fe, Ga, Y) y su desempeño en procesos fotoinducidos. Tesis de Doctorado en proceso. Doctorado Institucional en Ingeniería y Ciencia de Materiales UASLP. Asesores: Dra. Leticia M. Torres Guerra y Dr. Edgar Moctezuma Velázquez. Finalizada Enero 2014. 2. Rubén Ahumada Lazo. Crecimiento y caracterización de películas de ZnO por Sputtering para la producción de hidrógeno a partir de agua vía fotocatálisis. Tesis de maestría en proceso. Maestría en Ciencias con Orientación en Ingeniería Ambiental. Programa de posgrado de la FIC-UANL. Asesores: Dra. Leticia M. Torres Guerra y Dra. Mayra Z. Figueroa Torres. Finalizada Abril 2014. 3. Daniel Isidro de León. Síntesis de nanopartículas Bi2O3 y WO3 dopados con elementos de tierras raras para la evaluación de sus propiedades fotocatalíticas. Tesis de maestría en proceso. Maestría en Ciencias con Orientación en Ingeniería Ambiental. Programa de posgrado de la FIC-UANL. Asesores: Dr. Daniel Sánchez Martínez y Dr. Isaías Juárez Ramírez. En trámite para defensa de tesis en Junio del 2014. 4. Claudia Celina Ibarra Malo y María de Jesús Rodríguez Vargas. Degradación fotocatalítica de contaminantes orgánicos utilizando óxidos metálicos nanoestructurados (ZnO, TiO2, TiO2/ZnO) sintetizados en microemulsiones aceite-en-agua (O/W). En proceso. Maestría en Nanotecnología, CIMAV S.C. Asesores: Dra. Margarita Sánchez Domínguez (CIMAV) y Dr. Ricardo Gómez

(UAM). Fecha esperada de defensa: 30 de Mayo de 2014 (seminario de pregrado); 27 de Junio del 2014 (defensa de tesis). 5. M.C. Maira Moreno Trejo. Desarrollo de nanomateriales por síntesis en microemulsión, con aplicación en la producción de hidrógeno mediante la conversión fotocatalítica del agua. En proceso. Doctorado en Nanotecnología, CIMAV S.C. Asesores: Dra. Margarita Sánchez Domínguez (CIMAV) y Dr. Isaías Juárez Ramírez (UANL). Fecha esperada de defensa: Febrero 2018. 6. M.C. Arturo Adrián Rodríguez Rodríguez. Síntesis de nanocristales híbridos: óxido magnético–catalizador por el método de reacción en microemulsión O/W. En proceso. Doctorado en Ciencias de Materiales, CIMAV S.C. Asesores: Dra. Margarita Sánchez Domínguez y Dr. Eduardo Martínez Guerra (CIMAV). Fecha esperada de defensa: Agosto 2017. Conclusiones. Se considera que se obtuvieron resultados satisfactorios y se cumplieron las metas, mostrando un avance del 100% de avance técnico respecto a las actividades planeadas, aunque para lograr esto se solicitó una prórroga de 3 meses la cual fue aprobada. En base a un trabajo altamente colaborativo, se sintetizó una variedad de nanomateriales identificados como de alto potencial fotocatalítico, y se exploraron parámetros como: relación molar de dopantes, tamaños, formas, etc. El método de síntesis de microemulsión aceite-en-agua (O/W) se complementa con los métodos de sol-gel, hidrotérmico y solvocombustión para la preparación de ciertos nanomateriales. Los materiales fueron evaluados en la producción de H2 a partir de la conversión del agua por vía fotocatalítica, y en la fotodegradación de contaminantes orgánicos. Además, se realizaron diversos estudios con el fin de entender la relación entre composición-estructura-desempeño. La unión de esfuerzos en este proyecto de Red, hizo posible desarrollar fotocatalizadores nanoestructurados con un buen desempeño para la reacción de conversión del agua en H2 y O2, así como para la fotodegradación de contaminantes orgánicos. El trabajo colaborativo ha permitido un mejor entendimiento tanto de los parámetros de síntesis como las características de los materiales que permiten un mejor desempeño fotocatalítico, como son las composiciones, cristalinidad, área específica, etc. Los logros más importantes de este proyecto fueron:

• Desarrollo de fotocatalizadores nanoestructurados con un buen desempeño para la reacción de conversión del agua en H2 y O2, así como para la fotodegradación de contaminantes orgánicos; establecimiento de una red de colaboración en materia de materiales nanoestructurados para fotocatálisis

• Formación de recursos humanos mediante tesis de maestría y doctorado, algunas de ellas en conjunto ya que se tienen co-asesorías entre los

participantes de éste proyecto; • Divulgación del conocimiento generado a través de la publicación de la

investigación en revistas científicas indizadas de alto impacto: artículo publicado (aceptado), enviados y en preparación), y presentaciones en congresos.

A partir de lo logrado en éste proyecto, los participantes exponen su interés de continuar colaborando para el desarrollo de fotocatalizadores, y esto queda de manifiesto en las dos tesis de doctorado que se encuentran en su etapa inicial, las cuales se llevarán a cabo de manera colaborativa entre los tres grupos, complementando la formación de los recursos humanos. Finalmente, cabe mencionar que la infraestructura adquirida en el proyecto (Fluoromax 4; cromatógrafos de gases, y simulador solar), fueron instalados y ya se trabajó con ellos al realizar estudios de caracterización y fotocatálisis.

3. Problemas técnicos y financieros presentados en el período Se considera que no se presentaron problemas técnicos ni financieros graves que comprometieran el cumplimiento de los objetivos, ya que como se menciona los objetivos fueron cumplidos. No obstante se señala que hubo algo de retraso en la transferencia de recursos entre instituciones, ya que se tuvieron que redactar, revisar y firmar convenios entre instituciones para poder realizar dichas transferencias. Sin embargo todos esos trámites administrativos y las transferencias se pudieron realizar a tiempo para poder adquirir los equipos, herramientas y materiales además de realizar las estancias y viajes necesarios para que el proyecto se llevara a cabo técnicamente sin contratiempos, para lo cual también fue de mucha utilidad la prórroga de tres meses que se autorizó al proyecto. Elaboró:

Dra. Margarita Sánchez Domínguez Responsable Técnico del Proyecto 194451 Investigador Titular B Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (CIMAV-Unidad Monterrey) Apodaca Nuevo León, MÉXICO. Tel. +52 (81) 11 56 0830 margarita.sanchez@cimav.edu.mx En Monterrrey Nuevo León, a 13 de Mayo del 2014.