Estudio de la reducción de CO2 y la degradación sonofotocatalítica de contaminantes sobre óxidos de metales de transición

Resumen

Esta tesis se centra en el estudio del uso de óxidos de metales de transición en aplicaciones medioambientales (degradación de carbón grafito y reducción electrocatalítica de CO2). Concretamente, se aborda su uso como una estrategia prometedora para permitir la implementación de fuentes de energía alternativas mediante la síntesis de combustibles y sustancias químicas neutras por la reducción electroquímica de CO2. Así mismo, se presenta la utilización del TiO2 dopado con nitrógeno en la degradación sonofotocatalítica de contaminantes. Se aplicaron métodos preparativos idóneos para la síntesis de electrodos nanoestructurados de óxidos de metales de transición. Concretamente, la preparación de precursores por el método sol-gel, junto con la formación de películas delgadas por el método spin coating, se muestra como un método eficaz para la preparación de electrodos de nanopartículas de los semiconductores estudiados. Asimismo, las técnicas de formación de depósito por baño químico y el método hidrotermal dan lugar a la síntesis de electrodos nanoestructurados, donde la morfología final del óxido metálico puede ser controlada. Estás técnicas se muestran como una alternativa viable, ya que no necesitan equipos sofisticados y su aplicación puede ser extendida a otros óxidos de metales de transición. Los estudios electroquímicos realizados para la reducción electrocatalítica de CO2 en un medio de acetonitrilo, son válidos para dar una evaluación sobre el comportamiento electrocatalítico de electrodos de metales de transición. Permiten evaluar cambios relacionados con la modificación de la densidad de estados superficiales, los sobrepotenciales al que ocurre la reacción electrocatalítica de CO2 y las densidades de corriente asociadas a la misma. El acople de técnicas electroquímicas con técnicas espectroscópicas UV/vis y ATR-IR se muestra como un método potencialmente útil para el seguimiento de la respuesta espectral originada por cambios en el electrodo cuando este está sometido a un potencial, incluidos los relacionados con la aparición o desaparición de especies electroactivas presentes en la interfase óxido/electrolito. En particular, la técnica de espectroelectroquímica UV/vis permite el seguimiento de los cambios en las especies parcialmente reducidas de los óxidos de metales de transición, en los casos que presenten efecto electrocrómico. Tal efecto electrocrómico está asociado a una acumulación de electrones en la banda de conducción o en estados electrónicos superficiales. La técnica espectroelectroquímica ATR-IR permite la identificación de procesos asociados a la adsorción del CO2 y los productos generados en función del potencial aplicado. Esto permite una caracterización de los fenómenos interfaciales en la reducción de CO2 en un medio de acetonitrilo.