Fotoelectroreducción de CO2 en solución acuosa para la obtención de derivados oxigenados de hidrocarburos utilizando semiconductores tipo P-N (Cu2O/Bi2Se3-Se°)

Abstract

El trabajo de investigación está dividido en 9 capítulos, los primeros capítulos (1 y 2) describen los conceptos previos de los semiconductores, la interacción con una solución electrolítica, el efecto de la luz sobre ellos y la importancia en su uso para la reducción de CO2 en solución acuosa, usando una celda electrolítica bajo la acción de una fuente de luz UV – Vis. Los capítulos del 3 al 7 muestran los objetivos de este trabajo a partir del problema planteado, la justificación técnica y social del uso de electrodos semiconductores tipo p (Cu2O) y tipo n (Bi2Se3) los cuales absorben gran parte del espectro solar, promoviendo la conducción eléctrica en sus estructuras, y que añadiendo el efecto del campo eléctrico (potencial de reducción) mejoran la eficiencia de la celda electrolítica. En el capítulo 8 se presenta la parte experimental del proceso de investigación, iniciando con el método de síntesis de las películas de Bi2Se3 mediante Cronoamperometría, en un rango de potenciales reductores. Estas películas se caracterizaron mediante espectroscopia Raman (tres picos principales en la región de 50-200 cm-1), espectroscopia de energía dispersa de rayos X (relación de porcentaje de bismuto y selenio), difracción de rayos X (DRX) (planos cristalinos), microscopia electrónica de barrido (tamaño promedio de la partícula de 233 ± 31 nm). Luego se sintetizó películas de Cu2O mediante electrodeposición utilizando una solución de pH básico. Encontrándose que en este medio y utilizando como ligando al manitol la película de Cu2O es más estable. Estas películas se caracterizaron mediante espectroscopia Raman (obteniendo los picos característicos a 140 cm-1, 209 cm-1, 405 cm-1, 515 cm-1, 627 cm-1), espectroscopía infrarroja (región cercana a 600 cm-1), difracción de rayos X obteniendo una estructura tipo cuprita. Se realizó el crecimiento de la película de Cu2O mediante baño químico obteniéndose partículas piramidales de tamaño promedio de 948 ± 35 nm. Los análisis de los productos obtenidos (cap. 9) a partir de las reacciones del CO2 sobre el fotocatalizador se realizaron mediante el uso de HPLC (Cromatografía Liquida de Alta Eficiencia) y GC (Cromatografía de Gases), estos productos son derivados oxigenados de hidrocarburos (CH3OH, HCOH, CH3CH2OH, CH3COCH3, CH3COH) los cuales dependen del potencial aplicado en la celda, el electrolito de soporte, el tipo de electrodo utilizado, así como el pH de la solución utilizada. Por último, el capítulo 10, donde se presentan las conclusiones del trabajo de investigación.