Natural Ilmenite Doped with Magnesium or Strontium for Artificial Photosynthesis

Cañas Martínez, Diana Marcela

Natural Ilmenite Doped with Magnesium or Strontium for Artificial Photosynthesis

dc.contributor.advisor	Pedraza Avella, Julio Andrés
dc.contributor.advisor	Kibria, Md Golam
dc.contributor.author	Cañas Martínez, Diana Marcela
dc.contributor.evaluator	Macedo Tavares, Carlos José
dc.contributor.evaluator	Valencia Sánchez, Hoover Alberto
dc.contributor.evaluator	Córdoba Tuta, Elcy María
dc.contributor.evaluator	Henao Martínez, José Antonio
dc.contributor.evaluator	Ballesteros Rueda, Luz Marina
dc.date.accessioned	2024-09-10T16:04:54Z
dc.date.available	2024-09-10T16:04:54Z
dc.date.created	2024-09-09
dc.date.embargoEnd	2034-09-10
dc.date.issued	2024-09-09
dc.description.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+.
dc.description.abstractenglish	Natural ilmenite (FeTiO3) was doped with magnesium or strontium aiming to enhance its photo-reductive performance in the conversion of CO2 into renewable fuels. Doping was achieved by high energy ball milling in the presence of Mg or Sr oxide or nitrate. The physicochemical characterization of the obtained samples evidenced that doping with MgO led to different doping stages and increased the amount of oxygen vacancies in the structure, whereas doping with Mg(NO3)2 implied the unintended insertion of N. In the meantime, doping with SrO and Sr(NO3)2 did not exhibit differences in the Sr and O species contained in the materials. The adsorption of CO2 was improved by doping with both Mg and Sr. Displacements of the conduction band to more negative potentials were evidenced for Mg-doped ilmenite. Indirect effects such as increases in the valence band maximum, and the introduction of intermediate energy levels were also evidenced. For Sr-doped ilmenite, the conduction band was not drastically affected, whilst the valence band exhibited important variations, attributed to the insertion of Sr in the structure. Thorough photoelectrochemical characterization showed the n-type nature of the semiconductor materials and enabled to establish the main effects of the insertion of Mg and Sr on properties such as the density of charge carriers, the generation of electron/hole pairs and the charge-transfer resistance. The photo-reduction of CO2 in aqueous solution led to the evolution of gas and liquid products: H2, CH4, C2H4, C2H6, CH3OH, CH3COOH, and CH3CH2CH2OH were identified. The insertion of Mg and Sr into ilmenite enabled increases of nearly 35 and 29 times in the fuel production yield, from 6.04 μmol h-1 gcat 1 reached by pre-treated ilmenite to 210.9 and 175.2 µmol h-1 gcat 1, attained by Mg-doped and Sr-doped ilmenite, respectively. The photoactivity of Mg-doped ilmenite was influenced by the density of charge carriers along with the displacement of the conduction band, whereas for Sr-doped ilmenite, it was enhanced by the insertion of Sr and its influence on the generation and transfer of electron/hole pairs. The strong potential of natural ilmenite in the conversion of CO2 was proved by the obtention of C2+ gas products and C3+ liquid products.
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dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
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dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Química
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dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.keyword	Natural FeTiO3
dc.subject.keyword	Doping
dc.subject.keyword	High Energy Ball Milling
dc.subject.keyword	Magnesium
dc.subject.keyword	Strontium
dc.subject.keyword	Photocatalytic CO2 conversion
dc.title	Natural Ilmenite Doped with Magnesium or Strontium for Artificial Photosynthesis
dc.title.english	Natural Ilmenite Doped with Magnesium or Strontium for Artificial Photosynthesis
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dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado