Síntesis y caracterización electroquímica de nanoestructuras de óxido de wolframio dopadas con nitrógeno aplicadas al campo energético para la producción de hidrógeno con luz solar

Abstract

[ES] El objetivo del presente Trabajo Fin Grado (TFG) es aumentar la eficiencia de las nanoestructuras de óxido de wolframio (WO3), sintetizadas mediante anodizado en condiciones dinámicas, para su aplicación como fotoánodo en la descomposición fotoelectroquímica del agua para la producción de hidrógeno con luz solar, centrándose en dos factores que condicionan la eficiencia de las nanoestrucuras: las condiciones hidrodinámicas en la etapa de anodizaco y el dopado de la nanoestructura en atmósfera de nitrógeno (N2). Para ello se estudia como estos factores afectan a las características electroquímicas de los fotoánodos de WO3. El wolframio se anodiza en condiciones dinámicas a diferentes velocidades de rotación para posteriormente realizar un dopado mediante la inclusión de átomos de nitrógeno en las nanoestructuras a través de un tratamiento térmico. El comportamiento de las nanoestructuras se determina realizando una caracterización electroquímica mediante ensayos de Espectroscopía de Impedancia Electroquímica, análisis de Mott-Schottky y análisis fotoelectroquímico. La determinación de las propiedades electroquímicas de las nanoestructuras puede ayudar a aumentar la eficiencia del óxido de wolframio como fotoánodo en la producción de hidrógeno con luz solar, para que en el futuro pueda llegar a ser una fuente de energía limpia y sostenible que acabe con la dependencia de otras fuentes de energía más contaminantes, como es el caso de los combustibles fósiles.

[EN] The objective of this Final Degree Project (FDP) is to increase the efficiency of the tungsten oxide nanostuctures (WO3), synthesized by anodizing under dynamic conditions, for its application as photoanode in the photoelectrochemical decomposition of water for hydrogen production, focusing on two factors that condition the efficiency of nanostructures: the hydrodynamic conditions in the anodized stage and the doping of the nanostructure under a nitrogen atmosphere (N2). As a consequence, it is studied how these factors affect the electrochemical characteristics of WO3 photoanodes. Tungsten is anodized under dynamic conditions at different rotational speeds and then doped by the inclusion of nitrogen atoms in the nanostructures by means of a heat treatment. The behavior of the nanostructures is determined performing an electrical characterization using electrochemical Impedance Spectroscopy, Mott-Schottky analysis and photoelectrochemical analysis. The determination of the electrochemical properties of nanostructures can help to improve the efficiency of tungsten oxide as a photoanode in the production of hydrogen with sunlight, so that in the future it can become a clean and sustainable source of energy to end the dependence on other more polluting energy sources, such as fossil fuels.