Síntesis de semiconductores inorgánicos modificados con nanopartículas metálicas para la producción de combustibles solares

Abstract

Due to stricter environmental laws and the reduction of fossil fuel reserves, energy resources will have to be replaced by renewable, sustainable, economically efficient and safe systems. Due to this situation, interest in alternative and renewable fuels for energy production has increased quickly around the world, being solar fuels a very promising alternative, since they can be used as raw material in various industrial chemical processes. Among the reactions used for the production of solar fuels, the ethanol steam reforming sticks out, which allows the use of ethanol obtained from a process of renewable origin and the photoreduction of CO2 or artificial photosynthesis, which could be a technological alternative to help to consume the total CO2 emissions and be valorized. In the present doctoral thesis, both reactions have been studied. For the ethanol steam reforming reaction, semiconductor materials based on TiO2 were studied, incorporating in two different synthesis, impregnation and direct synthesis, the mesoporous silica SBA-15 and adding metallic nanoparticles of Pt as co-catalyst, while for the CO2 photoreduction reaction, nanoparticles in the oxide phase of RuO2, MoO3, NiO and Fe2O3 were added in a simple (monometallic) or combined (bimetallic) form. The physicochemical properties of all the photocatalysts have been analyzed using various characterization techniques that allow determining the interaction between the active phase, the metallic nanoparticle and the catalytic support.

Debido a leyes ambientales más estrictas y a la reducción de las reservas de combustibles fósiles, los recursos energéticos deberán ser reemplazados por sistemas renovables, sostenibles, económicamente eficientes y seguros. A causa de esta situación, el interés por combustibles alternativos y renovables para la producción de energía ha aumentado rápidamente alrededor del mundo, siendo los combustibles solares una alternativa muy prometedora, ya que permiten ser utilizados como materia prima en diversos procesos químicos industriales. Entre las reacciones utilizadas para la producción de combustibles solares destacan el reformado de etanol con vapor de agua, que permite utilizar etanol obtenido de algún proceso de origen renovable y la fotorreducción de CO2 o fotosíntesis artificial la cual podría ser una alternativa tecnológica para ayudar a consumir las emisiones totales de CO2 y ser aprovechado. En la presente tesis doctoral, se han estudiado ambas reacciones. Para la reacción de reformado de etanol con vapor de agua, se estudiaron materiales semiconductores basados en TiO2 incorporando en dos diferentes síntesis, impregnación y síntesis directa, a la sílice mesoporosa SBA-15 y añadiendo nanopartículas metálicas de Pt como co-catalizador, mientras que para la reacción de fotorreducción de CO2 se añadieron nanopartículas en fase óxido de RuO2, MoO3, NiO y Fe2O3 de forma simple (monométalicos) o combinada (bimetálicos). Se han podido analizar las propiedades fisicoquímicas de todos los fotocatalizadores mediante diversas técnicas de caracterización que permiten determinar la interacción entre la fase activa, la nanopartícula metálica y el soporte catalítico.