Síntesis de CO-Catalizadores de Ni, Ru, Pt y Au en g-C3N4/C-N-TiO2 para la producción de Hidrógeno a partir de agua

Abstract

La presente investigación se centra en el desarrollo de materiales fotocatalíticos avanzados para la producción de hidrógeno a partir de agua. Se aborda la síntesis, caracterización y evaluación de heterouniones basadas en dióxido de titanio dopado con carbono y nitrógeno (C-N-TiO2) y nitruro de carbono grafítico (g-C3N4), modificados con diferentes cocatalizadores metálicos (Ni, Ru, Pt y Au). La motivación principal radica en la necesidad de generar fuentes limpias de energía frente a la creciente demanda energética mundial y a los efectos del cambio climático. El enfoque metodológico incluyó la modificación del TiO2 mediante dopaje con melamina, lo que permitió disminuir su banda prohibida y extender su actividad hacia la región visible del espectro solar. Posteriormente, se estudió la incorporación de g-C3N4 y la formación de heterouniones, cuyo acoplamiento electrónico favoreció la separación de cargas y mejoró la eficiencia en la reacción fotocatalítica. La adición de cocatalizadores metálicos mostró desempeños diferenciados, siendo el platino el que alcanzó la mayor producción de hidrógeno (1657 μmol/g•h), seguido del oro con resultados igualmente destacados. La disposición de los metales dentro del sistema reveló la importancia de la localización de los sitios activos en los mecanismos de transferencia de carga, como los esquemas S-Scheme, S-Scheme+Metal y All Solid Z-Scheme. Las técnicas de caracterización empleadas incluyeron difracción de rayos X, espectroscopía UV-Vis, FTIR, microscopía electrónica de barrido y de transmisión, fisisorción de nitrógeno, análisis electroquímicos y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, todas ellas orientadas a correlacionar las propiedades estructurales, texturales y electrónicas de los materiales con su desempeño fotocatalítico. Los resultados confirmaron que la sinergia entre los semiconductores y los cocatalizadores es fundamental para optimizar la eficiencia de producción de hidrógeno.