Estudio de nuevos fotocatalizadores para la obtención de combustibles solares

Abstract

The aim of this Master Thesis is to synthesize a new material to be used as photocatalyst in the production of hydrogen from water triggered by sunlight. First, the photocatalytic material was synthesized, since this substance is not previously described in the literature. In addition, the effect of the use of different electron donors has been studied for their use in hydrogen production.

A complete characterization of the photocatalytic material has been carried out concerning the two elements that form it. These elements are an inorganic phase of BiVO4 and Subphthalocyanine, an organic compound. The technique used for the synthesis is called sensitization, it involves depositing the organic material on the BiVO4 surface resulting in a hybrid material.

The morphology of the material has been characterized by different techniques such X-Ray Diffraction, Raman Spectroscopy, TEM Microscopy and Optical Microscopy. To perform the optoelectronic characterization, an Ultraviolet / Visible Spectrophotometer, Diffuse Reflectance Spectrophotometer and Fluorescence Microscopy have been used. The material has also been analyzed by ICP (Induced Plasma Spectroscopy) and Elemental Analysis in order to calculate its composition.

Finally, the material has been tested as photocatalyst in liquid phase reactions for the production of hydrogen. The obtained hydrogen has been quantified and photo-response tests were also carried out. Finally, the reusability of the material has also been checked.

En el presente Trabajo Final de Máster (TFM) se pretende sintetizar un nuevo material para ser empleado como fotocatalizador en la producción de hidrógeno a partir de agua mediante luz solar. En primer lugar se sintetizó el material fotocatalítico, ya que esta sustancia no está descrita antes en bibliografía. Además se ha estudiado el efecto de la utilización de diferentes donadores de electrones para su empleo en la producción de hidrógeno. Se ha realizado una caracterización completa del material fotocatalítico así como de los dos elementos que lo componen. Estos elementos son una fase inorgánica compuesta por BiVO4 y una fase orgánica compuesta por Subftalocianina. La técnica de síntesis ha sido por sensitivización, depositando el material orgánico en la superficie del BiVO4 dando como resultado un material híbrido. Se ha caracterizado la morfología del material mediante las técnicas de Difracción de Rayos X, Espectroscopía Raman, Microscopía TEM y Microscopía Óptica. Para realizar la caracterización optoelectrónica se ha recurrido a un Espectrofotómetro Ultravioleta/Visible, Espectrofotómetro de Reflectancia Difusa y a Microscopía de Fluorescencia. Para saber su composición, el material se ha analizado mediante las técnicas de ICP (Espectroscopia de Plasma Inducido) y Análisis Elemental. Por último el material se ha ensayado como fotocatalizador mediante la puesta en marcha de reacciones en fase líquida para la producción de hidrógeno. Se ha cuantificado el hidrógeno obtenido y se han realizado ensayos de fotorrespuesta. También se ha comprobado la reusabilidad del material.

En el present Treball de Final de Màster (TFM) es pretén sintetitzar un nou material per a ser emprat com a fotocatalitzador en la producció d'hidrogen a partir d'aigua i mitjançant llum solar. En primer lloc, s'ha sintetitzat el material fotocatalític, ja que aquesta substància no ha estat descrita abans en bibliografia. A més d'haver-se investigat la seua utilització en un sistema catalític, s'ha estudiat l'efecte de la utilització de diferents donadors d'electrons per al seu ús en la producció d'hidrogen. S'ha realitzat també una caracterització completa del material fotocatalític, així com dels dos elements que el componen. Aquests elements són una fase inorgànica composta per BiVO4 i una fase orgànica composta per Subftalocianina. La tècnica de síntesi ha sigut per sensitivització; s'ha dipositat el material orgànic en la superfície del BiVO4 i hem obtingut com a resultat un material híbrid. S'ha caracteritzat la morfologia del material mitjançant les tècniques de Difracció de RAJOS X, Espectroscòpia Raman, Microscòpia TEM i Microscòpia Òptica. Per a realitzar la caracterització optoelectrònica s'ha recorregut a un Espectrofotòmetre Ultraviolat/Visible, Espectrofotòmetre de Reflectància Difusa i a Microscòpia de Fluorescència. Per a saber la seua composició, el material s'ha analitzat mitjançant les tècniques de ICP (Espectroscòpia de Plasma Induït) i Anàlisi Elemental. Finalment, el material s'ha assajat com a fotocatalitzador mitjançant reaccions en fase líquida per a la producció d'hidrogen. S'ha quantificat l'hidrogen obtingut i s'han realitzat assajos de fotoresposta. També s'ha comprovat la reutilització del materia.