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Obtención de nanoestructuras 2d de nitruro de carbon grafitico g-c3n4 para la producción fotocatalítica de combustibles solares

Resumen

El g-C3N4 es un semiconductor tipo n de bajo costo y una alta estabilidad térmica, posee una brecha de energía prohibida de 2,7 eV, un potencial de la banda de conducción más negativo que la reducción del agua, por lo que promete ser uno de los mejores materiales con ciertas propiedades fotocatalíticas que permiten que ocurra la reacción de reducción de agua, y se obtengan combustibles solares. En este proyecto se sintetizaron nanoestructuras de g-C3N4 a diferentes temperaturas por pirólisis usando como precursor la urea que es rica en nitrógeno. Posteriormente, se realizó la caracterización fisicoquímica y morfológica del material donde se comprobó la formación de los grupos funcionales presentes, la fase cristalina y la información morfológica de la superficie de las nanoestructuras sintetizadas. Con ayuda de la espectroscopia (UV-VIS) se calculó la brecha entre bandas de los semiconductores, junto con la fotoluminiscencia se estudia las propiedades electrónicas de los materiales. Además, se realizaron mediciones de Mott-Schottky para comprender la generación, migración y separación de los portadores de carga fotogenerados en el fotocatalizador, y determinar el esquema de bandas de los materiales sintetizados. La evaluación fotocatalítica se llevó a cabo en una suspensión de 125 mgL-1 del fotocatalizador en agua: metanol con una relación de 50:50 en volumen bajo agitación constante; obteniendo la mayor fotoproducción de hidrógeno en el material sintetizado a 600°C. Sin embargo, debido a la baja eficiencia en la producción de g-C3N4 preparado a 600 °C a partir de Urea y con la finalidad de favorecer la separación de los portadores de carga fotogenerados en los semiconductores, se optó por formar heterouniones de g-C3N4 con TiO2. Estos materiales también se caracterizaron fisicoquímica, morfológica y electroquímicamente y se evaluó su desempeño fotocatalítico, obteniendo la mayor fotoproducción de hidrógeno en el composito con la relación de TiO2/10% g-C3N4.