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8/15/2019 SIRENO CHIDO.docx

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UNIVERSIDAD JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

SEMINARIO DE INVESTIGACION II

Nombre del anteproyecto:

Producción fotocatalítica de hidrogeno empleando un oxido

semiconductor modificado con metales de transición.

Nombre del presentador:

Lozano Sl!a L"s #elpe

VICTORIA DE D$RANGO DGO%& A '( DE MA)O DE '*+,%

1

U J E D

E


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INDICE

INTRODUCCIÓN ……………………………………………………….2

OBJETIVOS ………………………………………………...................13

REVISIÓN DE LITERATURA …………………………………………14

Metales de Tras!"!# …………………………………………1$

Me"a!s%& de '&t&"at(l!s!s "& T!O 2 …………………......2)

Se%!"&d*"t&res %!+t&s & terar!&s ………………………22

M&d!'!"a"!# de la s*,er'!"!e del se%!"&d*"t&r ……….2-

r&"es& '&t&"atal/t!"& e la ,r&d*""!# de 0 2 …………...2

Rea""!&es '&t&"atal/t!"as …………………………………..2

Us& de aetes red*"t&res aetes sa"r!'!"ates5 ……31

6&t&,r&d*""!# de 02 ,&r el %7t&d& de rea""!# 8ater

s,l!tt! …………………………………………………………32

MATERIALES 9 METODOS ………………………………………...34

RE6ERENCIAS …………………………………………………….....3:

2


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INTRODUCCIÓN

Es ben conocdo -"e el "so de comb"stbles ./sles para 0enerar

ener01a es "na ."ente altamente contamnante ya -"e el "so de los

llamados comb"stble 2lmpos3 es "na naplazable tarea a lle!ar a

cabo% En esta l1nea !aros est"dos 4an mostrado -"e el 4dr/0eno

p"ede s"stt"r al petr/leo como ."ente de ener01a 2lmpa3& ten5ndose

la !enta6a de -"e se p"ede prod"cr y "tlzar al 0"al -"e c"al-"er

otra .orma de ener01a reno!able nat"ral 7ener01a e/lca& solar&

0eot5rmca o 4dr8"lca9& sn prod"cr& por lo tanto& nn0n resd"o

contamnante% ;or ello& el 4dr/0eno es el comb"stble deal del ."t"ro

7+&'9%

El "so de la ener01a del 4dr/0eno a n!el m"ndal sol"conar1a la

act"al crss ener05tca y los problemas medoambentales&

contrb"yendo as1 a crear "n m"ndo m8s lmpo y lbre de

contamnantes 0enerados por la prod"cc/n de ener01a 7+&


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$na !ez -"e el 4dr/0eno es prod"cdo& este p"ede reacconar con

o=10eno de manera smlar a la comb"st/n de la 0asolna en "na

ma-"na o p"ede ser "sado en "na celda de comb"stble% $n

mportante bene.co es -"e& "sando 4dr/0eno no se prod"ce

mon/=do de carb/n o d/=do de carb/n% Esto se 4ace atract!o

por-"e los 0ases de e.ecto n!ernadero no se prod"cen 7>&(9%

Desde la d5cada de los +?@*s& la NASA 4a "tlzado celdas de

comb"stble para almentar los sstemas el5ctrcos del transbordador

espacal y para pro!eer de a0"a para los astrona"tas 7,&@9%

Otro de los retos es el almacenamento de 4dr/0eno& desp"5s de ser

prod"cdo% Con el .n de almacenar el 4dr/0eno en "n espaco

compacto& 5ste p"ede ser almacenado como 0as& como "n l1-"do a

m"y alta pres/n o ben combnado con otros comp"estos en .orma

s/lda% Cada "no de estos m5todos de almacenamento tene s"s

lmtacones y no c"mple con los re-"ermentos de man".act"ra de los

.abrcantes de a"tom/!les& "no de los potencales cons"mdores m8s

a!enta6ados para el "so del 4dr/0eno como ."ente de ener01a& 4asta

el momento% Como "n res"ltado& m"c4as n!est0acones 4an sdo

lle!adas a cabo en "na 0ran !aredad de opcones de

almacenamento% El departamento de ener01a de $%S%A% 4a declarado

el almacenamento como el m8s cr1tco cambo tecnol/0co para

adoptar "na econom1a alrededor del 4dr/0eno a 0ran escala 79%

La prod"cc/n y almacenamento de 4dr/0eno es por lo tanto "na de

las l1neas de est"do a las c"ales se les 4an dedcado 0randes

es."erzos en centros de n!est0ac/n& "n!ersdades& nd"stras y

al0"nos laboratoros del 0oberno alrededor del m"ndo%

4


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La econom1a del 4dr/0eno 4a sdo respaldada por los -"e toman las

decsones en los mercados m"ndales como la cla!e para "na ener01a

lmpa en el ."t"ro% El elemento cla!e de esta !s/n es la

trans.ormac/n de las ."entes de ener01a basadas en el petr/leo a "na

basada en el cons"mo de 4dr/0eno como comb"stble alternat!o 7?9%

La 6"st.cac/n de este cambo es e!dente: la era de los comb"stbles

./sles est8 cerca de s" .n debdo al ncremento de la demanda de

petr/leo en el m"ndo con lo c"al se ampl1a la brec4a entre los n"e!os

desc"brmentos de petr/leo y s" cons"mo 7+*9% El 4dr/0eno es "no

de los elementos m8s ab"ndantes en la nat"raleza y p"ede contrb"r

a sats.acer las necesdades de ener01a 7++9%

El 4dr/0eno p"ede ser prod"cdo a partr de d!ersos ns"mos y

procesos% A contn"ac/n se descrben los m8s "tlzados y -"e

con.orman las dstntas alternat!as de dseBo yo prod"cc/n%

A partr de comb"stbles ./sles& medante el proceso

denomnado re.ormac/n de metano con !apor%

A partr de electrcdad& medante electr/lss% ay -"e

consderar s la electrcdad se 4a obtendo "tlzando ener01as

reno!ables 7e/lca& solar etc%9 o comb"stbles ./sles& para

determnar s es o no reno!able%

A partr de bomasa& medante los procesos correspondentes

a:

a9 Gas.cac/n

b9 #ermentac/n anaer/bca

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A partr de radac/n solar& medante el proceso denomnado

en .orma 0en5rca como .otoprod"cc/n de 4dr/0eno& dentro del

c"al se enc"entran los procesos:

a9 #oto-"1mco

b9 #otoelectro-"1mco

c9 #otobol/0co

El re.ormado con !apor comprende ' etapas% En la prmera& "na

mezcla este-"/metrca de 4drocarb"rosa0"a es sometda a altas

temperat"ras en "n reactor m"ltt"b"lar& obten5ndose en el caso -"e

se "tlce C> los prod"ctos ' y CO& de ac"erdo a la s0"ente

reacc/n:

C> 'O F CO


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4dr/0eno y o=10eno en .orma separada& de ac"erdo a la s0"ente

reacc/n:

''O F '' 7c8todo9 O' 78nodo9

A la salda de las celdas electrol1tcas& el .l"6o 0aseoso de 4dr/0eno

sale a la pres/n de + ps y s" composc/n es ??%@H ' y *% V& el -"e p"ede ser red"cdo al manp"lar las

condcones de operac/n% De ac"erdo a esto& la m1nma cantdad de

ener01a el5ctrca necesara para 4drolzar +mol de a0"a es ,(%< JK4&

por lo -"e prod"cr + m


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Se0n la cantdad de a0"a -"e posea la bomasa& 5sta p"ede ser

destnada a 0as.cac/n 74"medad '*H9 o .ermentac/n 74"medad


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La prmera reacc/n es m"y e=ot5rmca y prod"ce calor s".cente para

mantener las otras dos reaccones& -"e son endot5rmcas% La reacc/n

neta es la s0"ente:

El 0as prod"cdo tene "na composc/n -"e depende de la relac/n

4dr/0enocarbono del 4drocarb"ro "tlzado& como de la relac/n

4drocarb"roa0"a almentada% La pres/n no tene "n e.ecto

s0n.cat!o sobre la composc/n y por lo 0eneral el proceso se realza

entre 'F> M;a& lo -"e permte el empleo de e-"po m8s compacto y

red"ce los costos de compres/n%

El prod"cto 0aseoso prod"cdo debe ser l"e0o sometdo a "n proceso

de con!ers/n del CO a '& smlar al proceso de s4.t reacton descrto

para la re.ormac/n con !apor 7'+&''9%

El bo08s 0enerado por bacteras anaer/bcas -"e d0eren matera

or08nca 7bomasa9 en a"senca de o=10eno& est8 constt"do

prncpalmente por metano& el -"e antes de ser metabolzado por

dc4as bacteras se enc"entra en e-"lbro con el 0as '%

De ac"erdo a lo anteror& el 4dr/0eno p"ede ser prod"cdo "tlzando

metano pro!enente de la .ermentac/n anaer/bca de la bomasa

medante al0"no de los procesos descrtos anterormente 7re.ormac/n

con !apor " o=dac/n parcal9 o ben& nterr"mpendo al0"na de las

!1as metab/lcas -"e las bacteras "tlzan para 0enerar el metano& de

modo -"e el bo08s sea "na mezcla 0aseosa rca en ' 7'


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La .otoprod"cc/n de 4dr/0eno medante el "so de ener01a solar 4a

sdo ob6eto de m"c4a n!est0ac/n y desarrollo desde la d5cada del

@* c"ando #"6s4ma y onda 7+?@'9 reportaron la 0enerac/n de

4dr/0eno y o=10eno en "na celda .otoelectro-"1mca "sando "n

electrodo de d/=do de ttano l"mnado con l"z cercana al $V% Los

.otones pro!enentes de la l"z solar son absorbdos en "n absorbedor&

el -"e p"ede con!ertr parte de la ener01a a electrcdad 7como en el

caso de "na celda .oto!oltaca9 o ben almacenarla como ener01a

-"1mca medante al0"na reacc/n ender0/nca& sendo esta ener01a

posterormente "tlzada en la prod"cc/n de 4dr/0eno 7'(9%

Dentro de la cate0or1a de procesos de .otoprod"cc/n de 4dr/0eno se

enc"entran los procesos .otoelectro-"1mcos& .oto-"1mcos y

.otobol/0cos -"e son descrtos a contn"ac/n%

Los procesos .oto-"1mcos para prod"cr 4dr/0eno est8n basados en

la reacc/n de 4dr/lss%

El a0"a p"ra absorbe en el ran0o del IR 7raz/n por la c"al es

consderada "n 0as n!ernadero9& donde la ener01a de los .otones es

ns".cente para prod"cr la 4dr/lss& sendo necesaro adconar

al0"na mol5c"la o semcond"ctor capaz de absorber en otra re0/n y

permtr -"e se lle!e a cabo la reacc/n%

Dado -"e la absorc/n de "n .ot/n permte la trans.erenca de "n

electr/n en el proceso redo=& ser8 necesaro "tlzar adem8s& "n

catalzador -"e permta el almacenamento de los msmos& debdo a

-"e la reacc/n re-"ere de dos electrones 7',9%

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La electrolss se "sa como "n m5todo de separac/n de los elementos

-"e .orman "n comp"esto aplcando electrcdad: se prod"ce en prmer

l"0ar la descomposc/n en ones& se0"do de d!ersos e.ectos o

reaccones sec"ndaros se0n los casos concretos% Las celdas de

electr/lss& tamb5n conocdas como celdas electro-"1mcas&

0eneralmente constan de dos electrodos conectados a "na ."ente

e=terna de electrcdad 7"n s"mnstro de ."erza o bater1a9 -"e

mantene la d.erenca de potencal en los electrodos y s"mer0dos en

"n l1-"do -"e p"ede cond"cr electrcdad a tra!5s del mo!mento de

ones%

El proceso electrol1tco consste en lo s0"ente% Se ds"el!e "na

s"stanca en "n determnado dsol!ente& con el .n de -"e los ones

-"e constt"yen dc4a s"stanca est5n presentes en la dsol"c/n%

;osterormente se aplca "na corrente el5ctrca a "n par de electrodos

cond"ctores colocados en la dsol"c/n% El electrodo car0ado

ne0at!amente se conoce como c8todo& y el car0ado post!amente

como 8nodo% Cada electrodo atrae a los ones de car0a op"esta% As1&

los ones post!os& o catones& son atra1dos al c8todo& mentras -"e los

ones ne0at!os& o anones& se desplazan 4aca el 8nodo% Las

reaccones oc"rren en ambas nter.aces de sol"c/nFelectrodo por el

.l"6o de electrones% Las reaccones de red"cc/n& donde las s"stancas

aBaden electrones& oc"rren en el electrodo des0nado como el c8todo

Las reaccones de o=dac/n& donde las especes perden electrones&

oc"rren en el otro electrodo des0nado como el 8nodo%

En los electrodos& los electrones son absorbdos o emtdos por los

ones& .ormando concentracones de los elementos o comp"estos

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deseados% ;or e6emplo& en la electr/lss del a0"a& se .orma 4dr/0eno

en el c8todo& y o=10eno en el 8nodo% Esto ."e desc"berto en +'* por

el .1sco y -"1mco n0l5s Mc4ael #araday%

Los electrodos se constr"yen t1pcamente de metales 7como platno o

acero9 o carb/n% Los electr/ltos "s"almente constan de sales

ds"eltas en ya sea a0"a o "n sol!ente no ac"oso& o son sales

derretdas 7'@9%

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REVISIÓN DE LITERATURAEl 4dr/0eno es "n ener05tco -"e se presenta como "na alternat!a a

las ."entes de ener01a act"ales y s" prod"cc/n se p"ede lle!ar a cabo

a tra!5s del re.ormado con !apor de etanol o metanol o medante "n

proceso .otocatal1tco de la descomposc/n del a0"a%

;or s" parte el etanol se 4a establecdo como la me6or alternat!a

act"al y de ."t"ro para reemplazar los comb"stbles ./sles& y p"ede

ser "sado como "na ."ente de 4dr/0eno medante el proceso de

re.ormado con !apor de a0"a y de este modo representar "n p"ente

4aca la denomnada 2econom1a del 4dr/0eno3% La e=tens/n del "so

del 4dr/0eno& y por ende el desarrollo de la 2econom1a del 4dr/0eno3&

4a de realzarse de .orma sostenble% Se 4an de red"cr los costos

asocados a s" prod"cc/n y "tlzac/n de .orma -"eecon/mcamente sea !able% Adem8s las ."entes de prod"cc/n deben

ser reno!ables para -"e se apro!ec4en todas las !enta6as

ambentales -"e 6"st.can el empleo del 4dr/0eno%

El 4dr/0eno presenta problemas lo01stcos debdo a s" n.lamabldad

y ba6a densdad& as1 como& al ele!ado cons"mo ener05tco -"e se

re-"ere para s" lc"ado& por lo -"e s" dstrb"c/n drecta obl0ar1a aele!adas n!ersones -"e d.c"ltan s" sostenbldad econ/mca% ;or lo

tanto para la prod"cc/n de 4dr/0eno a partr de etanol yo metanol es

recomendable la presenca de la planta 0eneradora en l"0ares

cercanos a los stos de cons"mo%

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La "tlzac/n de 4dr/0eno se 6"st.ca ."ndamentalmente por razones

ambentales& por lo -"e es necesaro prorzar s" 0enerac/n a partr

de ."entes reno!ables con todos s"s bene.cos asocados% En este

sentdo el etanol yo metanol es la opc/n -"e presenta menores

costos y m8s !ersatldad entre todas las alternat!as reno!ables%

En la prod"cc/n de ' 7+&


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reaccones de red"cc/n 7.ormac/n de '9 y o=dac/n 7.ormac/n de

O'9& respect!amente%

;ara -"e se e.ecte la prod"cc/n de 4dr/0eno a partr del 'O& el

n!el de la banda de cond"cc/n debe de ser m8s ne0at!o -"e el

potencal de red"cc/n del para .ormar '& mentras -"e la banda

de !alenca debe de ser m8s post!o -"e el potencal de o=dac/n de

'O para .ormar O'% Adem8s& la ener01a necesara para lle!ar a cabo

la r"pt"ra del 'O es de +%'< eV& con lo c"al el tamaBo del band0apdel semcond"ctor debe ser cercano a ese !alor 7'9%

La .0"ra '%' l"stra la ener01a del band0ap y las poscones relat!as

de la banda de !alenca 7V9 y la banda de cond"cc/n 7C9 de !aros

semcond"ctores consderando el potencal del electrodo normal de

4dr/0eno 7NE9& la mayor1a de los semcond"ctores poseen "n

band0ap entre ' y


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;ara -"e "n semcond"ctor sea "tlzado como .otocatalzador tene

-"e c"mplr certos re-"ermentos& como:

a9 Capacdad de absorc/n de la l"z solar en la re0/n !sble o

"ltra!oleta%b9 Capacdad de separar los 4"ecos y los electrones .otoe=ctados%c9 Establdad -"1mca contra la corros/n y .otocorros/n en

sol"cones ac"osas%d9 Trans.erenca de los electrones desde la s"per.ce del

.otocatalzador a la mol5c"la adsorbda%e9 #8cl de sntetzar y ba6os costos%

El transporte de las car0as .otoe=ctadas depende ."ertemente de lapropedades mcroestr"ct"rales y s"per.cales del .otocatalzador% En

0eneral& "n alto 0rado de crstalndad del materal tene e.ectos

post!os sobre la .otoact!dad& como la densdad de de.ectos

ca"sadas por los l1mtes de 0rano& el c"al acta como centro de

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recombnac/n de los pares electr/nF4"eco& dsmn"yendo este e.ecto

c"ando la crstalndad de la part1c"la se ncrementa% Otras

propedades& tales como el 8rea espec1.ca y porosdad& son tamb5n

par8metros mportantes para me6orar la act!dad del .otocatalzador%

;ara me6orar las propedades del d/=do de ttano "tlzado como

.otocatalzador en la prod"cc/n de 4dr/0eno a partr del 'O& se

p"eden emplear d.erentes alternat!as:

+9 Obtenc/n de nanomaterales porosos&

'9 Adc/n de promotores o coFcatalzador&

9 Dopar con metales nobles o metales de transc/n%

La s1ntess de materales con al0"nos metales de transc/n

empleando& en al0"nos casos& "n a0ente templante& p"ede lle!ar a la

obtenc/n de nanomaterales con mor.olo01a del tpo nanoalambres&

nanol8mnas& etc%& -"e presenten alta act!dad .otocatal1tca% Estos

nanomaterales p"eden ser mesoporosos& con d8metro de poros

alrededor de (F+* nm%

Tamb5n se p"eden sntetzar materales combnados como /=dos

m=tos& mod.cando las relacones molares& de tal manera -"e se

obten0an materales con mayor act!dad para la prod"cc/n de

4dr/0eno 7++&+'9%

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Metales de Tras!"!#

A"n-"e es d.1cl lo0rar materales -"e c"mplan las condcones para

obtener .otocatalzadores m8s e.centes& es mportante controlar las

propedades electr/ncas& mcroFestr"ct"rales y s"per.cales del

.otocatalzador% ;or lo -"e se s"0eren certas estrate0as para me6orar

la act!dad del semcond"ctor como:

a9 Encontrar "n n"e!o materal con "na sola .ase%

b9 A6"star el tamaBo del band0ap del .otocatalzador& -"e absorba l"z

$V y !sble%

c9 Mod.car la s"per.ce del .otocatalzador depostando otros metales

7coFcatalzador9%

Estas estrate0as deben de ser combnadas con el control de la

s1ntess del materal& mod.cando s" crstalndad& s" estr"ct"ra

electr/nca y s" mor.olo01a a escala nanom5trca% Tomando en c"enta

las propedades crstalnas del materal& los semcond"ctores a base

de d/=do de ttano presentan tres estr"ct"ras crstalnas bro-"ta&

anatasa y r"tlo& #0"ra '%


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El band 0ap de la .ase anatasa es de


21/39

En presenca de especes redo= adsorbdas en la part1c"la del

semcond"ctor y ba6o l"mnac/n& se prod"cen sm"lt8neamente

reaccones de o=dac/n y de red"cc/n en la s"per.ce del

semcond"ctor los 4"ecos .oto0enerados dan l"0ar a las reaccones

de .otoo=dac/n& mentras -"e los electrones de la banda de

cond"cc/n dan l"0ar a las reaccones de .otoFred"cc/n%

Los electrones -"e 4an sdo promo!dos a la banda de cond"cc/n y

los 4"ecos .ormados en la banda de !alenca m0ran 4aca la

s"per.ce del catalzador%

La capt"ra de los 4"ecos y electrones por especes adsorbdas 0enera

radcales m"y react!os capaces de prod"cr la o=dac/n de

comp"estos contamnantes%

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Los 4"ecos& desp"5s de m0rar a la s"per.ce& reacconan con

s"stancas adsorbdas& en partc"lar con a0"a 7ec"ac/n '9 o con ones

OF 7ec"ac/n 9%

La adc/n de per/=do de 4dr/0eno a"menta consderablemente la

!elocdad de la .otode0radac/n& posblemente debdo a la 0enerac/n

de radcales OF e=tra 7ec"ac/n (9%

Los contamnantes or08ncos adsorbdos en la s"per.ce de laspart1c"las de d/=do de ttano& son o=dados por los radcales

4dro=los 0enerados d"rante el proceso%

Se%!"&d*"t&res %!+t&s & terar!&s

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En el desarrollo de .otocatalzadores -"e sean capaces de absorber

l"z solar en la re0/n !sble& es esencal controlar las propedades

electr/ncas del semcond"ctor% Debdo a -"e la act!dad .otocatal1tca

de los semcond"ctores en la prod"cc/n de ' est8 relaconada con el

tamaBo del band0ap& e=sten al0"nas estrate0as para mod.car el

tamaBo del band0ap& el c"al se p"ede clas.car en tres cate0or1as:

a9 Dopado con "n cat/n o "n an/n%

b9 Semcond"ctores m=tos%

c9 Aleac/n de semcond"ctores%

La preparac/n de semcond"ctores m=tos se basa en el acoplamento

de "n semcond"ctor de band0ap amplo con otro de band0ap

estrec4o& en donde este ltmo debe tener "n n!el de banda de

cond"cc/n m8s ne0at!o% De esta .orma& los electrones de la banda

de cond"cc/n p"eden ser nsertados desde el semcond"ctor + de

band0ap estrec4o 4asta el semcond"ctor ' de band0ap amplo& por lo

tanto se e=tende la capacdad de absorc/n del .otocatalzador m=to

4aca la re0/n !sble%

23


24/39

En la ltma cate0or1a& aleac/n de semcond"ctores& para e=tender la

absorc/n en la re0/n !sble de "n semcond"ctor de band0ap amplo

7semcond"ctor +& #0"ra '%,9& es necesaro combnar el s/ldo con "n

semcond"ctor de band0ap estrec4o 7semcond"ctor '& #0"ra '%,9&

para ello ambos semcond"ctores deben tener "n rado met8lco o

estr"ct"ras crstalnas m"y smlares% En este sstema& el band0ap

p"ede ser adaptado cambando la composc/n& es decr& mod.cando

la relac/n molar de los metales 7= mol del Metal+MetalF'9%

De ac"erdo a lo anteror& e=sten traba6os relaconados a e=tensas

aplcacones de los m5todos .otocatal1tcos en los -"e se emplea

d/=do de ttano como catalzador para el tratamento y p"r.cac/n de

a0"as resd"ales& los c"ales 4an promo!do el est"do de la "tlzac/n

de catalzadores de TO' dopado con metales de transc/n& p"esto -"e

se 4a comprobado -"e la presenca de m"c4os de ellos ncrementa la

act!dad en la .otode0radac/n de al0"nos contamnantes or08ncos%

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La !elocdad de o=dac/n .otocatal1tca se ncrementa c"ando se

dopa el TO' p"ro con #e7III9& C"7II9 y Sr7II9& mentras -"e c"ando se

dopa con Ir& Co y ;t se ntens.ca la act!dad .otocatal1tca para la

o=dac/n de CC+&'+9%

Los e.ectos nd"cdos -"e tene el on met8lco -"e se "sa como

dopante en la .otoact!dad del catalzador dependen de m"c4os

.actores& tales como: la concentrac/n del msmo& el tamaBo de las

part1c"las de T*'& la dstrb"c/n del metal en la part1c"la de

catalzador& el m5todo de preparac/n y tratamento t5rmco y el

potencal de red"cc/n del metal de transc/n%

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La presenca de ones met8lcos .orma "n espaco de car0a

permanente c"yas ."erzas el5ctrcas me6oran la e.cenca de la

separac/n de los pares electr/nF4"eco y la n4bc/n de s"

recombnac/n d"rante la m0rac/n de 5stos 4aca la s"per.ce de la

part1c"la& lo -"e ntens.ca la act!dad .otocatal1tca% Desde "n p"nto

de !sta -"1mco& se p"ede decr -"e el e.ecto de dopar el T*' es

e-"!alente a la ntrod"cc/n de de.ectos en la red%

La presenca de ones met8lcos ds"eltos es comn en a0"as

resd"ales nd"strales& y p"ede a.ectar post!amente a la e.cenca de

las reaccones .otocatal1tcas%

Donde Mn representa los ones met8lcos% De este modo se e!ta la

recombnac/n del par electr/nF4"eco& lo -"e der!a en "n ncremento

de .ormac/n de radcales O medante las s0"entes reaccones:

El e.ecto depende ."ertemente del tpo y concentrac/n del on

met8lco% $no de los par8metros m8s mportantes -"e a.ectan a la

e.cenca del proceso es el potencal redo= del par met8lco& ya -"e

s/lo las especes con "n potencal de red"cc/n m8s post!o -"e el

n!el n.eror de ener01a de la banda de cond"cc/n p"eden

.otored"crse%

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M&d!'!"a"!# de la s*,er'!"!e del se%!"&d*"t&r

Otras de las alternat!as para me6orar las propedades .otocatal1tcas

del semcond"ctor& es medante el dep/sto de /=dos met8lcos 7''9&

s"l."ros met8lcos 7'


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El 4dr/0eno 4a sdo prod"cdo& prncpalmente& a partr del metano

7C>9& conocdo comnmente como 0as nat"ral& medante el proceso

de re.ormac/n de !apor 7steam re.ormn09% Sn embar0o& en este

procesos res"lta la ems/n de CO'& "nos de los mayores

contamnantes del medo ambente% Tamb5n& el 4dr/0eno es obtendo

a partr de electr/lss del a0"a 7'O9 "sando ener01a el5ctrca& la c"al

a s" !ez es obtenda a partr de la comb"st/n de materas ./sles&

proceso por lo c"al no podr1a ser consderado como "na b"ena

alternat!a ya -"e tamb5n se lberan 0randes cantdades de CO'

7',&'@9%

La ener01a solar p"ede ser "sada para la prod"cc/n de ' en !aros

procesos en .orma de calor 7proceso termo-"1mco9& en .orma de

electrcdad 7electr/lss9 o en .orma de l"z 7.otoelectro-"1mco& o

.otocatal1tco9% En este sentdo& la ener01a solar en .orma de l"z es "no

de los camnos m8s e.centes para la prod"cc/n de ' a partr de

'O& ya -"e el proceso .otoelectro-"1mco o .otocatal1tco se basa en

la con!ers/n de la ener01a solar en ener01a -"1mca%

La l"z solar en la re0/n n.rarro6a 7IR9& !sble y "ltra!oleta 7$V9 lbera

0randes cantdades de ener01a -"e podr1an contrb"r&

s0n.cantemente& a la prod"cc/n de '% As1& la aplcac/n de la

ener01a solar en la .otocat8lss es de !tal mportanca& ya -"e la

e.cenca para con!ertr la ener01a solar en ener01a -"1mca& por

medo de "n semcond"ctor& es el .actor determnante para ser "sado

en .otocat8lss%

Rea""!&es '&t&"atal/t!"as

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Las reaccones .otocatal1tcas se clas.can en dos 0randes 0r"pos

reaccones ba6as y altas%

En "na reacc/n ba6a& la ener01a del .ot/n o la ener01a de la l"z solar

absorbda por "n .otocatalzador& nd"ce reaccones

termodn8mcamente m"y .a!orables& tal como la o=dac/n completa

de comp"estos or08ncos& .ormando CO' y 'O& acompaBado por "n

cambo ne0at!o en la ener01a lbre de Gbbs 7GP*9% Tales

reaccones son aplcadas en la de0radac/n de comp"estos t/=cos

-"e se enc"entran en el are o en el a0"a 7'@9%

La e.cenca de la con!ers/n .otocatal1tca del 'O para prod"cr '

"sando ener01a solar 7Uater splttn09& est8 determnada& por las

propedades electr/ncas y /ptcas del materal "sado como

.otocatalzador 7',9%

El proceso .otocatal1tco del 'O n!ol"cran d!ersos pasos& el prmero

es la absorc/n de l"z -"e n!ol"cra "na onzac/n ntr1nseca del

semcond"ctor tpoFn sobre el band0ap& lo0r8ndose la .ormac/n de los

electrones en la banda de cond"cc/n& y 4"ecos en la banda de

!alenca& de ac"erdo a la s0"ente ec"ac/n:

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Esta reacc/n s/lo se e.ecta c"ando la ener01a del .ot/n 74!9 es 0"al

o s"peror al band0ap del materal% L"e0o& en la s"per.ce del

semcond"ctor& los 4"ecos .oto0enerados dan l"0ar a la o=dac/n del

'O& creando o=10eno 0aseoso 7O'9 e ones de 4dr/0eno 79%

Sm"lt8neamente& los electrones dan l"0ar a la red"cc/n de los ones

para .ormar 4dr/0eno 7'9:

De ac"erdo a la reacc/n 0lobal del proceso .otocatal1tco& p"ede ser

e=presado de la s0"ente manera 7',&'@9:

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;or lo -"e la d.erenca de potencal re-"erda es e-"!alente a la

ener01a de "n .ot/n con lon0t"d de onda 7Q9 de +*+* nm 7+%'


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d"rante el proceso .otocatal1tco para dar l"0ar a "na !elocdad de

reacc/n razonable%

Us& de aetes red*"t&res aetes sa"r!'!"ates5

$n m5todo comn para la prod"cc/n de 4dr/0eno& es el "so de

especes donadoras de electrones o de a0entes sacr.cantes

7alco4oles& EDTA& etc%9& o a0entes o=dantes 7pers"l.ato& A0& #e


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6&t&,r&d*""!# de 02 ,&r el %7t&d& de rea""!# 8ater s,l!tt!

La .abrcac/n y dseBo de pel1c"las del0adas de TO' como

.otocatalzadores 6"e0an "n rol mportante en la prod"cc/n de '

7'&'?9% El TO' como pel1c"las del0adas se 4a preparado tamb5n con

!aros s"stratos met8lcos& como lo son& Al& #e& ;d& T y r& el c"al

ncrementa la prod"cc/n .otocatal1tca de ' 7'*9%

Adem8s del TO'& se enc"entran al0"nos otros /=dos met8lcos

tradconales -"e presentan al0"nas !enta6as& entre ellos est8n Cr 'O aplcacones& la s1ntess en "na dmens/n& el

dopa6e y .ormac/n de sol"cones s/ldas& adc/n de "n cocatalzador

y el desarrollo de soportes en CdS 7',9%

El /=do de ttano ."e el prmer semcond"ctor "sado en la reacc/n

.otocatal1tca de Uater splttn0& a"n-"e los prmero est"dos se

realzaron "tlzando electrodos% $na de las estrate0as para nd"cr

"na resp"esta a l"z !sble ."e el dopado de al0"nos ones met8lcos

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en el TO'& con orbtales d parcalmente llenados& por menconar

al0"nos V(& Cr& C"OAl'O


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MATERIALES 9 METODOS

• Ntrato de nc 7Reasol ??H9

• Acetl acetonato de rcona 7Strem C4emcals ??H9

• Ntrato de Man0aneso 7II9 7Aldrc4 ?H9• "t/=do de ttano 7IV9 7Aldrc4 ?@H9

Las nanoestr"ct"ras de TO'FMnO& TO'FnO& TO'FrO'& se obtendr1an

por el m5todo solF0el& "sando b"t/=do de ttano 7IV9 7Aldrc4 ?@H9 y

s"s respect!as sales como prec"rsores: Se mezclaran en "n matraz

de < bocas& >> mL de b"t/=do de ttano 7IV9 y >> mL de +Fb"tanol

7Aldrc4 ??%> H9& la sol"c/n se calentara a *P C ba6o re.l"6o y en "nemb"do de separac/n se a0re0an + mL de a0"a destlada

contenendo el apropado promedo de Mn7NO'9'%'O& n7NO 4 y el

s/ldo ."e moldo a "n pol!o .no en "n mortero de a0ata% El =ero0el

obtendo ."e calcnado a (**P C d"rante ( 4 en "na atmos.era de are&

con "na rampa de calentamento de +P Cmn .nalmente el prod"cto

."e moldo otra !ez% Como re.erenca la m"estra de TO ' p"ro ."e

preparada en la msma manera descrta pero no se le a0re0o nn0"na

de las sales%

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RE6ERENCIAS

+% R% Na!arro& #% del Valle& et al%& 2;4otocatalytc Uater splttn0

"nder !sble l04t: Concept and catalysts de!elopment3&

Ad!ances n C4emcal En0neern0


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to p4otocatalytc o!erall U8ter splttn0% Ener0y \ En!ronmental

Scence < 7'*+*9 ?,%% Z% Maeda& M% 0as4& D% L"& R% Abe& Z% Domen% E..cent

nonsacr.cal Uater splttn0 tro"04 tUo step .otoe=ctaton by

!sble l04t "sn0 a mod.ed o=yntrde as a 4ydro0en e!ol"ton

p4otocatalyst% WACS& '*+* +*@F

>+%+>% L%S% )oon0& #%Z% C4on0& % Z% D"tta& De!elopment o.

copperFdoped TO' p4otocatalysts .or 4ydro0en prod"cton "nder

!sble l04t% Ener0y 7'**?9 +,('F+,,+%+(% R% D4olam& N% ;atel& M% Adam& A% Motello& ydro0en

prod"cton by p4otocatalytc Uater splttn0 "sn0 Cr or #e doped

TO' composte t4n .lms p4otocatalyst% Int% W% o. ydro0en

Ener0y 7'**?9 (


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+,% T% ;"an0petc4& T% Sreet4aUon0& S% C4a!ade6& 4ydro0en

prod"cton o!er metalFloaded mesoporo"s assembled SrTO<

nanocrystal p4otocatalysts: E..ects o. metal type and loadn0% Int%

W% O. ydro0en Ener0y


39/39

'% M% )ama"c4& R% Abe& T% Ts"J"da& Z% Zato& M% TaJata%

04ly select!e ammona synt4ess .rom ntrate Ut4

p4otocatalytcally 0enerated 4ydro0en on C";dTO'% WACS +

sireno chido.docx

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