Hydrogen production using mixed oxides: TiO2-M (CoO and WO3)

Producción de hidrógeno mediante óxidos mixtos: TiO2-M (CoO y WO3)

En este trabajo obtuvimos materiales de dióxido de titanio con una mezcla de óxido de CoO-TiO₂ y WO₃-TiO₂ (1.0, 3.0, 5.0 %wt). Los sólidos se caracterizaron por: fisorreacción del nitrógeno (BET) y porosidad (BJH), patrones XRD y espectroscopia UV-Vis. La fotoactividad se evaluó utilizando un reactor Pyrex de 200 ml con una solución etanol-agua (relación 1:1 molar) y 0,1 g de catalizador con una lámpara Hg de alta presión (con una longitud de onda de 254 nm y una intensidad de 2,2 mW/cm² encapsulada en un tubo de cuarzo. Los resultados mostraron materiales con una superficie específica entre 89 y 95 m2/g y 41 y 91 m²/g con características de mesoporosidad. Los patrones de XRD muestran la formación de la fase de anatasa cristalina. La energía de la brecha de banda (Eg) para los materiales se obtuvo con la espectroscopia UV-Vis, los valores de Eg fueron inferiores a 3,2 eV para ambos óxidos mixtos. En la evaluación de la división del agua se encontró una máxima en la eficiencia en Co y W a 5 wt.%. El hidrógeno producido fue de 1000 μmol/h y 950 μmol/h respectivamente, este es un valor comparable a los trabajos.

1. Introducción

Un proceso importante para el suministro futuro de energía pasa a ser la producción de "fotohidrógeno" a partir de la división del agua; los procesos fotocatalíticos son limpios y emplean una fuente renovable, como se ha informado para varios sistemas [1-3]. El dióxido de titanio (TiO₂) está considerado como el mejor fotocatalizador para la degradación de colorantes [4-9], pesticidas [10-14], contaminantes atmosféricos [15], así como para la eliminación de contaminantes inorgánicos de las aguas residuales [16,17]. Sin embargo, el uso del TiO2 como fotocatalizador para la división del agua está limitado por su potencial redox referido al electrodo normal de hidrógeno (NHE). Se han realizado importantes estudios para mejorar la actividad fotocatalítica del dióxido de titanio para la reacción de división del agua. De esta manera, se ha modificado el dióxido de titanio preparado dopando con Fe, Zn, Cu, Ni, V, Mg, Be y Ni [18,19], o impregnando el TiO₂ con metales nobles Pt, Pd, Ir, Rh, Ru [20]. En particular, la preparación de óxidos mixtos como CuO, ZnO, NiO y CeO [21,24], ha llamado la atención de los investigadores porque son materiales de bajo costo que muestran importantes propiedades fotocatalíticas. El efecto del óxido incorporado se ha relacionado con las vacantes de oxígeno en su estructura cristalina [25,26]. Con la propuesta de obtener fotocatalizadores de titanio mejorados con alta producción de hidrógeno a partir de la división del agua, en el presente trabajo se prepararon óxidos mixtos de TiO₂-CoO y TiO₂-WO₃ por el método sol-gel. El óxido de cobalto y el trióxido de tungsteno ha sido cho sen como óxido co-participante porque sus posiciones de conducción energética y bandas de valencia están en la región redox favorable para la división del agua [27], además reduce la tasa de recombinación de los pares fotogenerados e--h+ [28]. La caracterización de los catalizadores se ha hecho por adsorción de nitrógeno, XRD, Raman y espectroscopias UV-Vis. La reacción de división del agua se ha llevado a cabo a temperatura ambiente utilizando una solución de agua y etanol irradiada con una lámpara de mercurio de alta presión. El etanol reacciona con los agujeros fotogenerados, lo cual es una reacción irreversible realizada en la superficie del semiconductor y la actividad fotocatalítica hacia la reducción del agua para producir hidrógeno es mejorada [29].