La creixent demanda energètica, necessària per a cobrir les necessitats d’una població cada vegada més nombrosa, ha accelerat el canvi climàtic en les últimes dècades, a causa de l’ús predominant de combustibles fòssils, que a més de contaminants són finits i estan mal distribuïts globalment. Això ha propiciat l’interès per emprar energies més netes. Així, prenent la naturalesa com a exemple, sorgeix la Fotosíntesi Artificial, una forma d’emmagatzemar la ingent energia solar que rebem a la Terra en forma d’enllaços químics en diferents substàncies. Aquest procés inclou, a més a més de l’oxidació de l’aigua a dioxigen, la reacció de reducció de protons i la reducció de CO2, obtenint-se, respectivament, dihidrogen i productes derivats del carboni com són el metà o el metanol. En tots dos casos es requereix l’ús d’un catalitzador per fer el procés eficient, i un material fotoactiu que desencadeni el procés induït per la llum. En el Capítol I, es desenvolupa encara més la problemàtica del canvi climàtic i l’estat actual dels processos de reducció de protons i CO2, fent èmfasi en l’ús de semiconductors com el nitrur de carboni com a material fotoactiu i de nanopartícules metàl·liques com a catalitzadors. Es destaca, a més, l’ús del mètode organometàl·lic per a la preparació d’aquests catalitzadors, en condicions suaus de reacció i amb un gran control sobre les seves característiques físiques i químiques. En el Capítol II, s’exposen els objectius d’aquest treball, centrats en el disseny, caracterització multitècnica i l’ús de materials basats en nanopartícules metàl·liques per dur a terme aquests processos. En el Capítol III, es preparen nanopartícules de ruteni emprant diferents lligands com estabilitzadors, observant diferències en la seva activitat i estabilitat electrocatalítica en la reducció de protons, relacionats amb les seves propietats i composició. En el capítol IV, es fa servir carbur de nitrogen grafític mesoporós (mpg-CN) com a material fotoactiu per a la reducció de CO2 fotoinduïda. Es comprova l’efecte que té la incorporació de nanopartícules de platí al semiconductor, millorant notablement l’eficiència i la selectivitat del procés. En el Capítol V, torna a utilitzar-se mpg-CN però amb nanopartícules de ruteni i platí per a la fotoreducció de protons. Les nanopartícules de ruteni es preparen de diferents maneres, utilitzant lligands estabilitzadors, materials de carboni o directament en el semiconductor. Es comprova que, independentment de la tècnica, l’eficiència catalítica observada és similar en tots aquests sistemes, i molt inferior a l’obtinguda amb Pt. Les observacions catalítiques es recolzen amb estudis fotofísics. En el Capítol VI, es preparen nanopartícules de Pt suportades en quatre materials de carboni diferents (nanohorns y nanotubs de carboni, òxid de grafè reduït i grafit), que són incorporades a un sistema de detecció electroanalítica, essent eficaces per a la detecció de parabens a nivells ultratraça. Finalment, en el Capítol VII s’exposen les conclusions globals.
Ruthenium and Platinum Nanoparticles for Artificial Photosynthesis
Álvarez Prada, L. I. (Autor). 1 d’oct. 2021
Tesi d’estudis: Tesi doctoral
Tesi d’estudis: Tesi doctoral