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Efecto de las propiedades fotoeléctricas de películas semiconductoras de óxidos mixtos de Bi-Nb-M-O (M = Al, Fe, Ga, In) en la producción de hidrógeno por fotoelectrólisis de soluciones acuosas de fenol

Resumen

En este trabajo de investigación se estudió la preparación, caracterización estructural, caracterización foto-electroquímica y evaluación fotoelectrolítica de películas semiconductoras de óxidos mixtos de Bi-Nb-M-O (M = Al, Fe, Ga, In), enfocadas en la oxidación de fenol y producción de hidrógeno simultáneamente. En trabajos previos realizados en nuestro grupo de investigación se había encontrado que estos materiales poseen propiedades de absorción de luz visible y fueron activos en la degradación fotocatalítica de naranja de metilo y en la producción de hidrógeno por fotoelectrólisis de soluciones cianuradas. Sin embargo, hasta el momento no había sido posible correlacionar las propiedades estructurales de las películas con su actividad, lo cual es necesario para comprender su funcionamiento y permitirá diseñar nuevos materiales semiconductores para este tipo de aplicaciones. Las películas fueron obtenidas a partir de soles precursores preparados mediante sol-gel y depositadas en láminas de acero inoxidable AISI/SAE 304 mediante la técnica dip-coating. Las propiedades estructurales de las películas fueron evaluadas mediante SEM-EDS, XPS y DRX, mientras que la caracterización fotoelectroquímica fue realizada mediante medidas de voltametría cíclica, voltametría lineal, potencial a circuito abierto y fotocorriente. Finalmente, la actividad de las películas fue evaluada en la fotoelectrólisis de soluciones acuosas de fenol con el fin de oxidar este compuesto y llevar a cabo la producción de hidrógeno de manera simultánea. Los resultados muestran que las películas poseen propiedades fotoelectroquímicas similares al óxido de bismuto (III) con variaciones debidas a la presencia de los diferentes metales (Nb, Al, Fe, Ga, In). Todas las películas exhiben actividad en la fotoelectrólisis de soluciones acuosas de fenol y la eficiencia está relacionada con una suma de efectos como la cantidad y tipo de óxidos presentes, el band-gap, las posiciones de las bandas de valencia y de conducción y las propiedades de transporte de carga.