Obtención de combustibles solares usando fotocatalizadores a base de grafeno

Abstract

[ES] En las últimas décadas se ha producido un incremento gradual en el consumo energético a escala mundial. Este aumento de las necesidades energéticas lleva asociado el consumo masivo de combustibles fósiles, principalmente petróleo y carbón, que ha tenido como consecuencia la liberación a la atmósfera de enormes cantidades de dióxido de carbono (CO2). El CO2 atmosférico, entre otros gases, se ha relacionado con el fenómeno de "efecto invernadero" responsable del calentamiento global, por lo que con el fin de evitar las dramáticas consecuencias de este fenómeno se está intentando sustituir el uso de combustibles fósiles por otros cuya huella ecológica sea neutra respecto a la emisión de CO2, cuya producción sea sostenible y que puedan ser obtenidos utilizando fuentes de energía renovables. En este sentido, la obtención fotocatalítica de combustibles solares ha sido propuesta como una de las alternativas más prometedoras en la última década. Esta se inspira en la fotosíntesis natural donde el CO2 es utilizado para generar compuestos químicos de alto valor añadido empleando luz solar como fuente de energía. Tradicionalmente los fotocatalizadores empleados han estado basados en materiales semiconductores inorgánicos, sin embargo, en los últimos años se ha apostado por el uso de otros materiales abundantes, no tóxicos y cuya producción sea sostenible, entre ellos el grafeno. En este contexto, en la presente tesis doctoral se describirá la preparación de nuevos fotocatalizadores basados en grafeno y su aplicación en la producción de combustibles solares. En concreto, se describirá la preparación de nanopartículas metálicas soportadas sobre láminas de grafeno, ya sea en forma de película nanométrica o polvo, y se estudiará su aplicación en la producción de hidrógeno a partir de agua o en la metanación de CO2.

[CA] En les darreres dècades s'ha produït un increment gradual en el consum energètic a escala mundial. Aquest augment de les necessitats energètiques porta associat el consum massiu de combustibles fòssils, principalment petroli i carbó, que ha tingut com a conseqüència l'alliberament a l'atmosfera d'enormes quantitats de diòxid de carboni (CO2). El CO2 atmosfèric, entre altres gasos, s'ha relacionat amb el fenomen d'"efecte d'hivernacle" responsable del calfament global, de manera que per tal d'evitar les dramàtiques conseqüències d'aquest fenomen s'està intentant substituir l'ús de combustibles fòssils per altres amb una emprempta ecològica neutra respecte a l'emissió de CO2 i la producció dels quals siga possible mitjançant fonts d'energia renovables. En aquest sentit, l'obtenció fotocatalítica de combustibles solars ha sigut proposada com una de les alternatives més prometedores en l'última década. Aquesta s'inspira en la fotosíntesi natural on el CO2 és utilitzat per a generar composts químics d'alt valor afegit emprant llum solar com a font d'energia. Tradicionalment els fotocatalitzadors utilitzats han estat basats en materials semiconductors inorgànics, no obstant, en els últims anys s'ha apostat per l'ús d'altres materials abundants, no tòxics i sostenibles, com ara el grafé. En aquest context, en la present tesi doctoral es descriurà la preparació de nous fotocatalitzadors basats en grafé i la seua aplicació en la producció de combustibles solars. En concret, es descriurà la preparació de nanopartícules metàl·liques suportades sobre làmines de grafé, ja siga en forma de pel·lícula nanomètrica o pols, i s'estudiarà la seua aplicació en la producció d'hidrogen a partir d'aigua o en la metanació de CO2.

[EN] Over the last decades there has been a gradual increase in the global energy demand. This increase in the energetic demands involves the massive consumption of fossil fuels, mainly petroleum and coal, and the emission to the atmosphere of huge amounts of carbon dioxide (CO2). The atmospheric CO2, among other gases, has been related with the "greenhouse effect" phenomenon which is responsable of the global warming. In order to avoid the dramatic consequences of this phenomenon, fossil fuels should be substituted by other sustainable ones obtained by renewable energies and whose ecological print is neutral with respect to the CO2 emissions. In this way, the photocatalytic production of fuels has been proposed as a promising alternative during the last decade. This approach is inspired by natural photosynthesis, in which CO2 is used to obtain valuable chemicals by employing solar light as a source of energy. Traditionally, inorganic semiconductor-based photocatalysts have been employed, however, in the last years there is an increasing interest in the use of other abundant, non-toxic and sustainable materials, such as graphene. In this context, the present doctoral thesis will describe the preparation of new photocatalysts based on graphene and their application in the production of solar fuels. More precisely, the thesis will describe the preparation of metallic nanoparticles supported on graphene layers, either on thin films or powder, and it will study their application in the production of hydrogen from water or in the CO2 methanation.