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

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dc.contributor.advisorMeléndez Reyes, Ángel Manuel
dc.contributor.advisorSequeda Pico, Ingrid Natalia
dc.contributor.authorQuintana Rondón, Andrés Fernando
dc.contributor.evaluatorBlanco, Sergio Ismael
dc.contributor.evaluatorPalma Goyes, Ricardo Enrique
dc.date.accessioned2022-09-23T12:55:52Z
dc.date.available2022-09-23T12:55:52Z
dc.date.created2022-09-07
dc.date.embargoEnd2027-09-07
dc.date.issued2022-09-07
dc.description.abstractLa 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.
dc.description.abstractenglishNitrate pollution in hydric sources is a big concern worldwide, compromising the United Nations' 6th sustainable development goal of clean water and sanitation for everyone. Therefore, there is a need for alternative development to mitigate the problem. (Photo)electrochemical nitrate reduction is an attractive alternative, especially for small communities or difficult-access zones. The challenge in the application of (photo)electrochemistry processes is the development of electrode materials with high surface areas, as well as chemical and physical characteristics that increase catalytic activity and (photo)stability. This research was focused on materials design through NaCl addition during the synthesis of Cu and CuNi nanofoams, to modify the conventional dendritic morphology. Besides, thermal annealing made it possible to obtain photoactive materials. Scanning electron micrographs and X-ray diffraction (XRD) over Cu nanofoams revealed 3D porous structures, with oriented polyhedrons and cubes morphologies over (2 0 0) plane as chloride ions increased in the synthesis. These morphologies improved the catalytic activity and selectivity to N2(g), but chemical and mechanical stability were poor. The addition of nickel(II) in the electrodeposition bath led to the formation of a CuNi alloy that not only markedly improved stability but was also positive for the electrochemical reduction of nitrate. The annealing of nanofoams improved the generation of charge carriers. Chemical composition analysis and XRD revealed the presence of CuO, Cu2O, and NiO. The presence of NiO prevents charge carrier recombination, increasing photocurrent and improving photostability. 5.1% Ni annealed CuNi nanofoam showed the best photoactivity and photostability.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001798720
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería de Materiales
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/11748
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería de Materiales
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectNanoespumas (bi)metálicas
dc.subjectreducción de nitrato
dc.subjectelectrocatalizador
dc.subjectfotocátodo
dc.subjectdescontaminación de aguas
dc.subject.keyword(Bi)metallic nanofoams
dc.subject.keywordnitrate reduction
dc.subject.keywordelectrocatalyst
dc.subject.keywordphotocathode
dc.subject.keywordwater decontamination
dc.titleDiseño de catalizadores nanoestructurados a base de Cu y aleaciones CuNi para la eliminación electrocatalítica y fotoelectrocatalítica de aguas contaminadas por nitratos de origen agrícola
dc.title.englishNanostructured catalyst design of Cu–based and CuNi alloys for electrocatalytic and photoelectrocatalytic nitrate elimination over nitrate polluted water of agricultural origin
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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