Estudio de fotocatalizadores basados en grafeno con defectos para la producción de combustibles solares

Abstract

[ES] La disminución de las reservas de combustibles fósiles y el calentamiento global presenta un futuro alarmante para nuestro planeta. Es por esto por lo que se ha puesto una especial atención a los combustibles solares en las últimas décadas, con la búsqueda de fotocatalizadores eficientes, sostenibles y baratos. En este punto encajan los grafenos defectuosos, como los obtenidos a partir de la pirólisis de residuos de la biomasa, los cuales han demostrado actividad para la ruptura del agua. Además, adicionando pequeñas cantidades de metales a modo de nanopartículas en su superficie, la actividad se mejora significativamente. Por tanto, en el presente Trabajo Final de Máster se estudia la sinergia existente entre las nanopartículas de SrTiO3 dopadas con Al y RhCrOx con dichos grafenos con defectos, en concreto los obtenidos a partir del quitosano y ácido algínico y su comparación con un grafeno comercial. De acuerdo a los resultados obtenidos, se ha podido concluir que, con el grafeno obtenido a partir de quitosano, el cual presenta un mayor contenido de nitrógeno en su estructura, con una cantidad de nanopartículas de semiconductor del 1% en peso es el que mejor producción tiene. En concreto, la actividad fotocatalítica alcanzada es de 153 mmol·g-1 de H2 y 74 mmol·g-1 tras 24 h de irradiación, con un rendimiento cuántico de 0.67% a una longitud de onda de 360 nm. Por otro lado, se ha llevado a cabo el estudio de la estabilidad del fotocatalizador sintetizado, el cual ha demostrados ser estable tras 4 reusos. En definitiva, con el presente Trabajo se confirma que la adición de una pequeña cantidad de semiconductor sobre grafenos defectuosos puede mejorar de forma significativa su actividad en la reacción de ruptura de agua y la producción de H2.

[EN] The progressive declining of fossil fuels reserves and global warming mean a daunting future for our planet. Special attention has been devoted to the synthesis of efficient, sustainable and cheap photocatalysts as they allowed to access to solar fuels and substitute the fossil analogues. In this context, defective graphenes obtained from pyrolysis of biomass wastes, have drawn a lot of attention due to their noticeable activity in water splitting. Moreover, dopping graphenes with a small amount of metals on its surface, the activity can be significantly enhanced. Therefore, in this Final Master¿s Project, we aim to study the synergy between the SrTiO3 nanoparticles doped with Al and RhCrOx supported on mentioned defective graphenes, especially those obtained from chitosan and alginic acid, and its comparison with commercial graphene. It has been found that the defective graphene obtained from chitosan, with higher nitrogen content, doped with a 1 wt% semiconductor loading, exhibits the highest photocatalytic activity: 153 mmol·g-1 of H2 and 74 mmol·g-1 of O2 and a quantum yield of 0.67% at 360 nm. In addition, it has been demonstrated that the catalyst has good stability as it remained active after 4 reuses. In conclusion, this work confirms that the addition of a low amount of semiconductor on defective graphene improves its photocatalytic activity on the overall water splitting.