Natural Ilmenite Doped with Magnesium or Strontium for Artificial Photosynthesis
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Date
2024-09-09
Authors
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Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
Ilmenita natural (FeTiO3) fue dopada con magnesio o estroncio con el objetivo de mejorar su desempeño fotorreductor en la conversión de CO2 a combustibles alternativos. El dopaje se logró mediante molienda de alta energía en presencia de óxidos o nitratos de Mg o Sr. La caracterización fisicoquímica de las muestras obtenidas evidenció que el dopaje con MgO condujo a diferentes etapas de dopaje y aumentó la cantidad de vacancias de oxígeno en la estructura, mientras que el dopaje con Mg(NO3)2 implicó la inserción no intencionada de especies de N. Mientras tanto, el dopaje con SrO y Sr(NO3)2 no mostró diferencias en las especies de Sr y O contenidas en los materiales. La adsorción de CO2 mejoró mediante el dopaje con Mg y Sr. Se evidenciaron desplazamientos de la banda de conducción a potenciales más negativos para la ilmenita dopada con Mg. También se evidenciaron efectos indirectos como aumentos en el máximo de la banda de valencia y la introducción de niveles de energía intermedios. En el caso de la ilmenita dopada con Sr, la banda de conducción no se vio afectada drásticamente, mientras que la banda de valencia mostró variaciones importantes, atribuidas a la incorporación de Sr en la estructura. La exhaustiva caracterización fotoelectroquímica mostró la naturaleza de tipo n de los materiales semiconductores y permitió establecer los principales efectos de la inserción de Mg y Sr en propiedades como la densidad de portadores de carga, la generación de pares electrón/hueco y la resistencia a la transferencia de carga. La fotorreducción de CO2 en solución acuosa condujo a la evolución de productos gaseosos y líquidos: se identificaron H2, CH4, C2H4, C2H6, CH3OH, CH3COOH y CH3CH2CH2OH. La inserción de Mg y Sr en la ilmenita permitió aumentos de casi 35 y 29 veces en el rendimiento de producción de combustible, de 6,04 µmol h-1 gcat 1 alcanzado por la ilmenita pretratada a 210,9 y 175,2 µmol h-1 gcat 1, alcanzados por la ilmenita dopada con Mg y dopada con Sr, respectivamente. La fotoactividad de la ilmenita dopada con Mg fue influenciada por la densidad de portadores de carga junto con el desplazamiento de la banda de conducción, mientras que, para la ilmenita dopada con Sr, fue mejorada por la inserción de Sr y su influencia en la generación y transferencia de pares electrón/hueco. El potencial de la ilmenita natural en la conversión de CO2 fue evidenciado por la obtención de productos gaseosos C2+ y productos líquidos C3+.