Estudio del efecto del dopado de nanoestructuras de WO3 anodizadas en condiciones dinámicas aplicadas a la producción de hidrógeno con luz solar

Abstract

[ES] El objetivo del presente Trabajo Fin Grado (TFG) es el estudio de la influencia del dopado de nanoestructuras de óxido de wolframio (WO3) por anodizado en condiciones dinámicas para su aplicación como fotoánodos activados por medio de luz solar en el proceso fotoelectroquímico de separación de la molécula de agua con el fin de producir hidrógeno. El alcance de este TFG reside en la obtención de una energía limpia y eficiente en células solares a la vez que se amplía la investigación en el campo de la fotoelectroquímica. La síntesis de dichas nanoestructuras se realiza bajo diferentes parámetros del proceso de anodizado, como es la variación de la velocidad de rotación aplicada al trabajar con condiciones hidrodinámicas de flujo. El campo del anodizado en dinámico es muy innovador y permite la modificación de la morfología superficial de las nanoestructuras anodizadas e incluso la síntesis de nanoestructuras con morfologías desconocidas hasta el momento. A su vez, se realiza el dopado de las nanoestructuras sintetizadas con cationes de litio (Li+ ) e hidrógeno (H + ). Esta investigación es muy novedosa y se dispone de poca información al respecto. Por otro lado, se realiza la caracterización morfológica y electroquímica de las nanoestructuras obtenidas. Mediante dicha caracterización se relaciona los diferentes parámetros del proceso de anodizado y dopado con las propiedades obtenidas. Finalmente, gracias a esta caracterización se determinará cuáles son las condiciones óptimas de velocidad de rotación del ánodo durante el anodizado y de dopado que maximizan la eficiencia energética como fotoánodo, de forma que este pueda ser empleado como fotocatalizador a escala industrial por su viabilidad económica. Los resultados obtenidos, tanto mediante la caracterización morfológica como con la electroquímica, apuntan a que la aplicación de condiciones hidrodinámicas durante el anodizado mejora considerablemente el comportamiento de las nanoestructuras obtenidas en el proceso de separación de la molécula de agua. Sin embargo, se demuestra que el dopado de las nanoestructuras con Li+ y H+ no deriva en un aumento de la eficiencia de las nanoestructuras sintetizadas.

[CA] L'objectiu del present treball fi de grau (TFG) és l'estudi de la influència del dopatge de nanoestructures d’òxid de volfram (WO3) per anodització dinàmica per a l’aplicació com a fotoànodes activats per mitjà de la llum solar. La finalitat d'aquest TFG resideix en l’obtenció d'una energia neta i eficient amb cèl·lules solars, al mateix temps que s'amplia la investigació en el camp de la fotoelectroquímica. La síntesi d’aquestes nanoestructures es realitza sota l’efecte de diferents paràmetres del procés d'anoditzat, com ara la variació de la velocitat aplicada en treballar en condicions hidrodinàmiques de flux. El camp de l'anodització en dinàmic és molt innovador i permet la modificació de la morfologia superficial de les nanoestructures anoditzades i, fins i tot, la síntesi de nanoestructures en morfologies desconegudes fins al moment. Alhora, es realitza el dopatge en Li+ i H+ de les nanoestructures sintetitzades. Aquesta investigació suposa una novetat en el camp de la fotoelectroquímica i es disposa de poca informació sobre el particular. D’altra banda, es realitza la caracterització morfològica i electroquímica de les nanoestructures obtingudes. Mitjançant aquesta caracterització es relacionen els diferents paràmetres del procés d'anodització i dopatge amb les propietats obtingudes. Finalment, gràcies a la caracterització esmentada, es determinarà quines són les condicions òptimes de velocitat de rotació de l’ànode durant l'anoditzat i de dopatge que maximitzen l’eficiència energètica com a fotoànode, de manera que aquest puga ser utilitzat com a fotocatalitzador a escala industrial per la seua viabilitat econòmica. Els resultats obtinguts, tant en la caracterització morfològica com en l’electroquímica, apunten al fet que l’aplicació de condicions hidrodinàmiques durant l'anodització millora considerablement el comportament de les nanoestructures obtingudes en el procés de separació de la molècula d'aigua. No obstant això, es demostra que el dopatge de les nanoestructures amb Li+ i H+ no deriva en un augment de l’eficiència de les nanoestructures sintetitzades.

[EN] The objective of this Final Degree Work (GFR) is the study of the influence of doped tungsten oxide nanostructures (WO3) in dynamic conditions of anodized to use as photoanodes activated by sunlight. The scope of the TFG resides in obtaining a clean and efficient energy in solar cells while expanding research in the field of photoelectrochemical. The synthesis of such nanostructures is performed under different parameters of the anodizing process, as is the variation of rotation speed applied to work with hydrodynamic flow conditions. The field of the anodized in dynamic is very innovative and it allows the modification of the surface morphology of the nanostructures anodized and even the synthesis of nanostructures with hitherto unknown morphologies. In turn, it is performed the doped of the synthesized nanostructures with Li+ and H+ . This field of research is very recent and currently there is not much information. Moreover, morphological and electrochemical characterization of nanostructures obtained is performed. By this characterization different parameters of the anodizing process and doped are related to the properties obtained. Finally, thanks to this characterization it will determined what is the optimum rotation speed of the anode during the anodized and doped that maximize energy efficiency as photoanode, so that it can be used as photocatalyst at industrial scale for economic viability. The results obtained both by morphological and electrochemistry characterization, suggest that the application of hydrodynamic conditions during anodized substantially improves the behavior of nanostructures obtained in the process of separation of the water molecule. However, it shows that the doped of the nanostructures with Li+ and H+ does not increase the efficiency of the synthesized nanostructures.