Estudio de la producción energética a partir de luz solar irradiada sobre fotoánodos de ZnO

Abstract

[ES] En el presente Trabajo Fin de Grado se ha realizado un estudio del desarrollo y caracterización de nanoestructuras, por medio de anodizado electroquímico del zinc para ser empleadas como fotoánodos en aplicaciones energéticas, concretamente en la producción de hidrógeno mediante la descomposición del agua con luz solar. El óxido de zinc ha sido elegido por tener mejores propiedades a nivel técnico y económico que el dióxido de titanio, el cual es el fotocatalizador más estudiado. Se han estudiado dos disoluciones, una que contiene (NH4)2SO4 + NH4Cl y otra con H2SO4 y etanol. Las muestras se han caracterizado mediante el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo, el microscopio Raman confocal y mediante técnicas fotoelectroquímicas. Además se ha estudiado el efecto del tratamiento térmico aplicado sobre las muestras. Para evaluar las propiedades fotoelectroquímicas de las nanoestructuras sintetizadas y la eficiencia de las mismas en su uso como fotoánodos, se han estudiado cuatro disoluciones, obteniendo resultados positivos sólo en un medio de trabajo: que contiene Na2S + Na2SO3. A pesar de ello, en dicho medio, se han obtenido resultados satisfactorios en la producción de hidrógeno con las muestras sintetizadas. Se ha determinado una temperatura óptima de tratamiento térmico para cada disolución y potencial aplicado en la caracterización fotoelectroquímica que mejores resultados ofrece para producir hidrógeno.

[CA] En aquest Treball Fi de Grau s’ha realitzat un estudi consistent en el desenvolupament i caracterització de nanoestructuctures, mitjançant l’anoditzat electroquímic del zinc per a ser utilitzades com fotoànodes en aplicacions energètiques, concretament en la producció d’hidrogen mitjançant la descomposició de l’aigua amb llum solar. S’ha seleccionat el zinc com material per a crear les nanoestructures per tindre millors propietats a nivell tècnic i econòmic que el titani, el qual és el material més estudiat a l’actualitat com fotocatalitzador. S’han utilitzat dues dissolucions per al procés d’anoditzat, una d’elles de sulfat amònic i clorur amònic y l’altra d’àcid sulfúric y etanol, mantenint-se constants les condicions del procés i només variant la duració d’aquest, la qual depèn de la dissolució usada. A més, també s’ha estudiat l’efecte del tractament tèrmic aplicat sobre les mostres. Per a caracteritzar la morfologia i l’estructura cristal·lina de les nanoestructures sintetitzades, s’ha utilitzat un microscopi electrònic d’emissió de camp i un microscopi Raman confocal, respectivament. Per a avaluar l’eficiència de les nanoestructures a l’hora d’utilitzar-les com fotoànodes per produir hidrogen, s’han estudiat quatre electròlits i s’han obtingut resultats positius només amb un d’ells, el qual es tracta d’una dissolució de sulfur de sodi i sulfit de sodi. Per tant, en aquest treball s’han obtingut resultats satisfactoris en la producció d’hidrogen amb les nanoestructures sintetitzades i s’ha determinat una temperatura òptima de tractament tèrmic per a cadascuna de les dissolucions d’anoditzat i l’interval de potencial en la caracterització fotoelectroquímica que ofereix els millors resultats a l’hora de produir hidrogen

[EN] In this Degree Final Project a study of the development and characterization of nanostructures through electrochemical anodization of zinc to be used as photoanode in energy applications has been conducted, particularly in the production of hydrogen by water splitting with sunlight. Zinc oxide has been chosen for having better technical and economic properties than titanium dioxide, which is the most studied photocatalyst. Two electrolytes have been studied, one of (NH4)2SO4 and NH4Cl and the other with H2SO4 and ethanol. To evaluate the utility of samples in energy production, the samples were characterized by FESEM, Raman microscope and by photoelectrochemical techniques. The effect of heat treatment applied to the samples has also been analyzed. Four solutions were studied to evaluate the electrochemical properties of the synthesized nanostructures and its efficiency have been studied and we have only positive results with one electrolyte. Nevertheless, the production of hydrogen has resulted successful. The best annealing temperature for each solution has been determined, as well as the best potential range in the photoelectrochemical characterization, which improves the hydrogen production.