Sintesis y caracterización de óxidos nanoestructurados de TiO2-ZnO para su uso como fotocatalizadores

Abstract

[ES] La creciente demanda energética y la progresiva reducción de la disponibilidad de recursos fósiles hacen necesaria la exploración de fuentes de energía renovables y limpias que sustituyan a las actuales y que garanticen el abastecimiento de la energía demandada. El hidrógeno es un vector energético de gran interés que puede obtenerse por fotoelectrocatálisis del agua mediante luz solar. Para la obtención de hidrógeno mediante este método se utilizan nanotubos de TiO2 como fotocatalizadores. Actualmente, la eficiencia del proceso no permite su competitividad en el mercado, haciendo imposible su consolidación como método industrial de obtención de energía. Por ello, el propósito del presente Trabajo Fin de Grado (TFG) es mejorar la eficiencia del fotocatalizador, mediante la síntesis de nanoestructuras híbridas de TiO2/ZnO formadas por anodizado de titanio en dinámico y posterior electrodeposición de óxido de zinc sobre el mismo. En concreto, se estudia la influencia de la concentración de nitrato de zinc y de la temperatura durante la electrodeposición. La caracterización de las nanoestructuras formadas se realiza mediante Microscopía Electrónica de Barrido de Emisión de Campo con Energías Dispersivas de Rayos-X y Microscopía Raman confocal. Posteriormente, se evalúan las propiedades fotoelectroquímicas mediante ensayos con un simulador solar y se estudia la estabilidad a la fotocorrosión. Los resultados del presente TFG muestran que las nanoestructuras híbridas obtenidas a 25ºC son prometedoras para ser utilizadas como fotocatalizadores en la rotura fotoelectroquímica de la molécula del agua para producir hidrógeno, presentando un mejor comportamiento la muestra electrodepositada a una menor concentración de electrolito.

[EN] The growing energy demand and the progressive reduction in the availability of fossil resources make it necessary to search for clean and renewable energy sources to replace the current ones and to guarantee the supply of the demanded energy. Hydrogen is an energy vector of great interest obtained by photoelectrolysis of water by sunlight. To obtain hydrogen using this method, TiO2 nanotubes are used as photocatalysts. Currently, since this process is not efficient it can`t be competitive in the market, making it impossible to consolidate it as an industrial method of obtaining energy. Therefore, the purpose of this Final Degree Paper (TFG) is to improve the efficiency of the photocatalyst, through the synthesis of hybrid TiO2/ZnO nanostructures formed by titanium anodizing in dynamic and subsequent electrodeposition of zinc oxide on it. In particular, the influence of temperature and electrolyte concentration during electroplating is studied. Field Emission Scanning Electron Microscopy with X-Ray Dispersive Energies and confocal Raman Microscopy are used to characterize the nanostructures formed. Subsequently, the photoelectrochemical properties are evaluated by means of tests with a solar simulator and the stability against photocorrosion is studied. The results of the TFG show that the hybrid nanostructures obtained at 25ºC are promising to be used as photocatalysts in the photoelectrochemical rupture of the water molecule to produce hydrogen, presenting a better behaviour of the electrodeposited sample at a lower electrolyte concentration.