EVALUACIÓN FOTOCATALÍTICA

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1 EVALUACIÓN FOTOCATALÍTICA
HETEROUNIÓN DE ÓXIDOS DE ZnO-CuO PARA LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A TRAVÉS DE LA DESCOMPOSICIÓN DE LA MOLÉCULA DEL AGUA M. P. García Peraza,¹ L. E. Sandoval Mendoza¹, M.J. Meléndez Zaragoza², J. M. Salinas Gutiérrez², V. H. Collins Martínez² 1 Universidad Tecnológica de Chihuahua Sur, TSU Nanotecnología 2 Centro de Investigación en Materiales Avanzados S.C. Laboratorio de celdas de combustión y producción de hidrógeno, Depto. de Ingeniería y Química de Materiales. INTRODUCCIÓN Los gases contaminantes provienen de combustibles fósiles, por ello se trabaja en fuentes de obtención de energía que no tengan estos efectos, siendo una de ellas la energía emitida por el sol. El hidrógeno, como portador de energía, podría ser un gran candidato para ello ya que es el elemento químico más abundante en el universo, pudiendo extraerse de fuentes sostenibles como el agua contando con un alto rendimiento energético. En la fotocatálisis heterogénea es una reacción fotoquímica que transforma la energía solar en energía química sobre la superficie de un semiconductor que actúa como un catalizador. El ZnO es un material semiconductor que posee un band gap de 3.37eV, similar al TiO2 otorgándole una actividad fotocatalítica similar a éste con la ventaja de ser más barato, fácil de sintetizar, ser amigable con el medio ambiente e igualmente absorbe energía en el espectro de la luz UV. Sin embargo, este material, además de presentar como desventaja su valor de energía de banda ancha, exhibe fotocorrosión al estar en presencia de agua y luz. Entre las maneras para disminuir el valor de energía prohibida de semiconductores de banda ancha, la formación de heterouniones con ciertos óxidos, tales como el CuO, el cual se considera como un buen candidato (band gap de 2.1 eV), ayuda a disminuir el valor de la banda prohibida esperando como resultado una mayor actividad fotocatalítica bajo luz visible. OBJETIVO RESULTADOS Sintetizar y caracterizar una mezcla de óxidos base ZnO y CuO para determinar su eficiencia fotocatalítica y su evaluación en la producción de hidrógeno a través de la descomposición de la molécula del agua. DIFRACCIÓN DE RAYOS X METODOLOGÍA MEZCLA DE ÓXIDOS NANOESTRUCTURADOS VALOR DE BANDA PROHIBIDA MATERIAL Tamaño cristal (nm) Band Gap ( eV) ZnO 36.3 3.25 CuO 27.5 2.17 ZnO-CuO 38.5 2.99 Solución nitrato de cobre Óxido de zinc Solución de Zn(NO3)2 4M por el método de precipitación. 2h a 300°C y 1 h a 400°C PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO ÁREA BET Heterunión de óxidos de ZnO y CuO por crecimiento de semilla 2h a 400°C y 1h a 600°C CARACTERIZACIONES TGA: Temperaturas de calcinación CONCLUSIONES XRD: Patrón de difracción de los polvos Área BET: Área superficial específica Se logró obtener óxidos de zinc y cobre en una heterounión con tamaños de cristal nanométricos. El tamaño de cristal obtenido en el ZnO fue de 36.3nm y la mezcla de 38.5 nm. El material obtenido es no poroso con un área superficial de 4 m2/g. La adición de CuO al ZnO ayudó a disminuir el valor de band gap, alcanzando un valor por de bajo de 3 eV. Los resultados de la evaluación de la actividad fotocatalítica indican que la heterounión generó casi el triple de lo que produjo el ZnO. UV/Vis: Valor del Banda Gap EVALUACIÓN FOTOCATALÍTICA Agitación e iluminación Cromatógrafo de gases Recolección y captura de datos BIBLIOGRAFÍA L. Chabane, N. Zeebar, M. Lamri Zeggar, M. S. Aida, M. Trari. (2015). Effects of CuO film thickness on electrical properties of CuO/ZnO and CuO/ZnS hetero-junctions. Materials Science in Semiconductor Processing. Canan Acar, I. D. (2014). A review on selected heterogeneous photocatalysts for hydrogen production. Canada: Wiley Online Library . Herrmann, J. M. (2002). Destrucción de contaminantes orgánicos por fotocatálisis heterogénea. Francia: Villeurbanne Cedex. Zuming He, Y. X. (2016). Fabrication and photocatalytic property of ZnO/Cu2O core-shell nanocomposites. China: Changzhou University. AGRADECIMIENTOS El autor agradece al Ing. Jaime Antonio Jiménez Miramontes y al Ing. Jorge Luis Domínguez Arvízu por la ayuda otorgada en la realización de este proyecto.