Síntesis de nanoestructuras de óxido de cerio por el método hidrotérmico asistido por microondas y su evaluación en la producción fotocatalitica de hidrogeno

Abstract

Los altos niveles de contaminación causantes del calentamiento global y el deterioro del medio ambiente, han llevado al desarrollo de tecnologías como la fotocatálisis que permitan atenuar o contrarrestar los daños causados. La gran mayoría de investigaciones se han centrado en el estudio del dióxido de titanio (TiO2) como fotocatalizador; sin embargo otros semiconductores también han sido evaluados. Entre ellos se destaca el óxido de cerio (CeO2) debido a sus interesantes propiedades de óxido-reducción. No obstante, la baja eficiencia de las rutas de síntesis que se emplean para su producción a escala nanométrica dificultan el total aprovechamiento del material. En el presente trabajo se realizó el mejoramiento de la síntesis de nanobarras y nanocubos de CeO2 por el método hidrotérmico asistido por microondas (MHAM). Se estudió el efecto del tiempo, la temperatura y la concentración del medio de reacción sobre las propiedades fisicoquímicas y fotocatalíticas del material. Las propiedades fisicoquímicas se analizaron por medio de difracción de rayos X (XRD), espectroscopia ultravioleta-visible de reflectancia difusa (UV-Vis DRS), espectrometría infrarroja (FTIR), fisisorción de nitrógeno, microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). La fotoactividad de estos materiales se evaluó en la producción fotocatalítica de hidrógeno (H2) en un sistema de hidracina/agua y potencializada con la fotodeposición superficial de nanopartículas de CuxOy. Las nanobarras y los nanocubos de CeO2 presentan una actividad fotocatalítica similar. La deposición de CuxOy permitió aumentar la producción de H2 y diferenciar la fotoactividad de las nanoestructuras de CeO2. Las nanobarras de CeO2 modificadas con Cu al 1,0% p/p (Cu/MNB) presentaron la mayor actividad fotocatalítica (22,6 µmol/h). Sin embargo, todos los materiales sintetizados presentaron una desactivación gradual durante el tiempo de prueba. La desactivación de Cu/MNB se alcanzó a las 16 h de reacción.