Trabajos de grado: Doctorado y Maestría

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    Desarrollo de películas multicapas de fto/cubi2o4/tio2/ wxmo1-xs2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia; Córdoba Tuta, Elcy María; Acevedo Peña, Próspero
    La actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uvvis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal onoff, cronoamperometría onoff e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de 0,07 a 0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a 0,25 mA/cm2. El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1xS2, a que cataliza la reducción del agua
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    Desarrollo de películas multicapas de FTO/CuBi2O4/TiO2/ WxMo1-xS2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia; Acevedo Peña, Próspero; Córdoba Tuta, Elcy María; Meléndez Reyes, Ángel Manuel; Ropero Vega, José Luis
    La actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1-xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1-xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uv-vis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal on-off, cronoamperometría on-off e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de -0,07 a -0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1-xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a -0,25 mA/cm2 . El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1-xS2, a que cataliza la reducción del agua.
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    Modificación de sustratos tridimensionales a base de carbono con materiales enrejados metal-orgánicos para su aplicación en almacenamiento de energía
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-07-30) Páez Sánchez, Natalia Patricia; Córdoba Tuta, Elcy María; Vázquez Samperio, Juvencio; Acevedo Peña, Próspero; Caballero Amores, Álvaro; Chaparro Garnica, Jessica Alejandra
    En busca de suplir la demanda energética creciente y disminuir los problemas de contaminación ambiental asociados a esta, diversos materiales para la fabricación de electrodos de dispositivos de almacenamiento electroquímico de energía han sido estudiados. En este proyecto se presenta como candidato un material 3D poroso a base de carbono, obtenido de la calcinación de plantillas de esponjas de melamina (CPF 3D). Se evaluó la influencia de la temperatura de calcinación (600, 800, 900, 950, 1000, 1200, 1400 °C) en las propiedades fisicoquímicas y electroquímicas del sustrato y se seleccionó como temperatura de calcinación 1000 °C, en la cual el sustrato obtenido (CPF 3D) exhibe alta potencia y energía específica (1,824.20 W/kg y 4.64 Wh/kg) y retención de la capacitancia cercana al 100% luego de 10,000 ciclos de carga/descarga (≈ 60 F/g – 1 A/g). Posteriormente la CPF 3D se modificó mediante precipitación química con uso de Ni(NO3)2 (0.05M) y 2MI (1:5) como precursor iónico y ligante orgánico (CPMF [Ni-ZIFx5]). La caracterización mediante XPS confirmó la formación de la MOF tipo ZIF. Finalmente, se ensambló un dispositivo asimétrico empleando la CPF 3D y la CPMF [Ni-ZIFx5] como electrodos de igualdad másica, negativo y positivo, respectivamente. El dispositivo exhibió un comportamiento tipo supercapacitor híbrido (HSCs) con una potencia y energía específica de hasta 2,871.30 W/Kg y 11.43 Wh/kg, resistencia a la transferencia de carga máxima de 0.01 Ω/g, retención del 98.82% de la capacitancia inicial (28.08 F/g) hasta 5 A/g y retención del 96.12% de la capacitancia inicial (20.27 F/g - 1 A/g) posterior a 1,000 ciclos de carga/descarga. Se determinó que mediante la metodología propuesta es posible obtener un material a base de carbono a partir de esponjas de melamina y modificados con MOF tipo ZIF que muestre un comportamiento sinérgico para ser utilizado como electrodo en dispositivos tipo HSCs.
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    Nanotubos de tio2 modificados con n y f mediante vapor térmico y con orientación de los cristales de anatasa para su aplicación en la oxidación fotoelectrocatalítica de cianuro
    (Universidad Industrial de Santander, 2016) Sierra Uribe, Jhon Harrison; Cordoba Tuta, Elcy Maria; Acevedo Peña, Próspero
    Películas de nanotubos de TiO2 con diferentes grados de orientación, se obtuvieron por anodizado potenciostático en un electrolito de etilenglicol con 0,05M NH4F y 1% vol. de agua; a través de la implementación de tres estrategias, tales como variación del método de cristalización, modificación de la rampa de calentamiento durante el tratamiento térmico y electro-reducción pulsada del óxido. Las películas anodizadas de cada estrategia se trataron térmicamente a 450ºC durante 30 minutos. Según la estrategia se estudió el impacto de la orientación del cristal de anatasa sobre las propiedades morfológicas, estructurales y ópticas, a través de mediciones de SEM, DRX y DRS. Las propiedades electroquímicas de las películas se estudiaron a través de mediciones de potencial a circuito abierto, cronoamperometría e impedancia electroquímica. Mientras las propiedades semiconductoras fueron establecidas a través del comportamiento Mott-Schottky. Finalmente se evaluó el comportamiento fotoelectrocatalítico en la decoloración de naranja de metilo y cianuro para las dos primeras estrategias; mientras que en la última solo se hizo seguimiento de la decoloración de naranja de metilo. Para todas las estrategias empleadas en la presente investigación se mejoró la orientación del cristal de anatasa para el plano (004), obteniéndose morfologías y propiedades ópticas similares. Además, se observó que cada método de orientación impacta las respuestas de fotocorriente de forma distinta. Se evidenció el mejoramiento en el transporte del electrón con el incremento en el grado de orientación del cristal de anatasa para la segunda etapa, lo que favorece la degradación del colorante naranja de metilo. Mientras que esta propiedad decrece para las otras dos estrategias, método de cristalización y electro-reducción, lo que disminuye la decoloración del naranja del metilo. Adicionalmente, se estableció que la degradación de cianuro no es impactada por el grado de orientación