Sistemas híbridos nanoestructurados para la producción de combustibles verdes usando luz solar simulada

[ES] Este Trabajo de Fin de Máster se centra en el diseño y desarrollo de sistemas híbridos nanoestructurados basados en nanopartículas bimetálicas soportadas sobre óxidos semiconductores, con el objetivo de obtener fotocatalizadores eficientes para la producción de combustibles verdes a partir de la luz solar simulada. El enfoque combina diferentes rutas catalíticas, incluyendo la división del agua (water splitting), la reacción inversa de desplazamiento de gas de agua (reverse water gas shift) y la reducción de CO2. La investigación se estructura en tres etapas principales: Síntesis de nanomateriales empleando nanopartículas bimetálicas de paladio e indio soportadas en óxidos semiconductores como TiO2, Nb2O5 y WO3. Evaluación fotocatalítica de los sistemas preparados bajo irradiación con lámpara de simulación solar. Caracterización química, estructural y fotofísica de los materiales con mayor actividad y selectividad hacia los productos de interés. La estrategia de síntesis contempla el uso de redes metal-orgánicas (MOFs), depositadas sobre los soportes mediante crecimiento solvotermal. Posteriormente, se aplicará un tratamiento químico de preestabilización de las especies metálicas, seguido de un proceso térmico para generar los clústeres bimetálicos. De manera complementaria, se estudiará el efecto fotosensibilizador de líquidos iónicos sobre la superficie del fotocatalizador más prometedor. La caracterización de los materiales se llevará a cabo mediante técnicas avanzadas como DRX, análisis elemental, UV-Vis, IR, TG, determinación de área superficial, HRTEM y SEM, con el fin de correlacionar su composición, estructura y propiedades fotoelectrónicas. La actividad fotocatalítica se evaluará en un reactor de cuarzo, dispersando el catalizador en mezclas acuosas con agentes sacrificantes (agua, metanol o glicerol) previamente desoxigenadas con argón. El sistema será irradiado con una lámpara Xe/Hg (280-1200 nm) durante cuatro horas. Se tomarán muestras de la fase gaseosa a cada hora y los productos serán analizados mediante cromatografía de gases (GC). Finalmente, pasadas las 4 horas se tomará también una alícuota de la fase líquida que será analizada por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

[EN] This Master s Thesis focuses on the design and development of hybrid nanostructured systems based on bimetallic nanoparticles supported on semiconductor oxides, with the objective of obtaining efficient photocatalysts for the production of green fuels under simulated solar light. The approach combines different catalytic pathways, including water splitting, the reverse water gas shift (RWGS) reaction, and CO₂ reduction. The research is structured into three main stages: Synthesis of nanomaterials, employing palladium indium bimetallic nanoparticles supported on semiconductor oxides such as TiO2, Nb2O5 y WO3 Photocatalytic evaluation of the prepared systems under irradiation with a solar simulator lamp. Chemical, structural, and photophysical characterization of the materials with the highest activity and selectivity toward the desired products. The synthesis strategy involves the use of metal organic frameworks (MOFs), deposited onto the supports via solvothermal growth. Subsequently, a chemical pretreatment is applied to stabilize the metal species, followed by a thermal process to generate the bimetallic clusters. In addition, the photosensitizing effect of ionic liquids on the surface of the most promising photocatalyst will be investigated. The materials will be characterized by advanced techniques such as XRD, elemental analysis, UV Vis, IR, TG, surface area determination, HRTEM, and SEM, in order to correlate their composition, structure, and photoelectronic properties. Photocatalytic activity will be evaluated in a quartz reactor by dispersing the catalyst in aqueous mixtures with sacrificial agents (water, methanol, or glycerol) previously deoxygenated with argon. The system will be irradiated with a Xe/Hg lamp (280 1200 nm) for four hours. Gas-phase samples will be taken every hour and analyzed by gas chromatography (GC). Finally, after four hours, a liquid-phase aliquot will also be collected and analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC).