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Diseño de catalizadores nanoestructurados a base de Cu y aleaciones CuNi para la eliminación electrocatalítica y fotoelectrocatalítica de aguas contaminadas por nitratos de origen agrícola

Resumen

La contaminación de nitrato en fuentes hídricas es uno de los problemas más preocupantes en el mundo, comprometiendo el objetivo de desarrollo sostenible 6 de agua limpia y saneamiento para todos planteado por la Organización de las Naciones Unidas. Esto hace necesario el desarrollo de alternativas para mitigar este problema. La reducción (foto)electroquímica es atractiva para este propósito, especialmente para pequeñas comunidades o zonas de difícil acceso. El reto para aplicar la (foto)electroquímica es el desarrollo de materiales que tengan una gran área, junto con características físicas y químicas que contribuyan a tener una alta actividad catalítica y (foto)estabilidad. En esta investigación se realizó un diseño de materiales a través de la adición de NaCl en la síntesis de nanoespumas de Cu y CuNi para modificar la morfología dendrítica convencional, además con un recocido se logró obtener materiales fotoactivos. Las nanoespumas de Cu fueron caracterizadas por microscopía electrónica y difracción de rayos X (DRX), mostrando la obtención de estructuras 3D porosas, con morfologías de poliedros y cubos orientados hacia el plano (2 0 0) a medida que aumentan los cloruros en la síntesis. Estas morfologías mejoraron la actividad catalítica y selectividad a N2(g), pero no mostraron una aceptable estabilidad química y mecánica. Con la adición de Ni para obtener aleaciones se mejoró notablemente la estabilidad, además de influir positivamente en la reducción electroquímica hasta un 3.4% Ni. El recocido a las nanoespumas mejoró la generación de los portadores de carga. Los análisis de composición química y DRX revelaron la presencia de CuO, Cu2O y NiO. El NiO fue determinante para evitar la recombinación de los portadores de carga, aumentar la fotocorriente, además de contribuir a mejorar la fotoestabilidad. La nanoespuma recocida con 5.1% Ni mostró la mejor fotoactividad y fotoestabilidad.