Estudio del compuesto Cu-WO3/grafeno como fotocatalizador para la ruptura del agua en la producción de hidrógeno.

Abstract

Se sintetizó el óxido de grafeno reducido por el método de Hummers usando como precursor el grafito. Se sintetizaron los compósitos de Cu/rGO-WO3 con variaciones de rGO (3 y 6 % en masa) por el método hidrotérmico y se acopló el ion cobre (Cu+1) (0.5 y 1.0 % en masa) por el método de impregnación (formando compuestos de Cu2O), los cuales se llevaron a un tratamiento térmico a temperaturas de 550° C. como agentes precursores se utilizaron tungstato de sodio hidratado (Na2WO4H2O y nitrato tri-hidratado de cobre (II) (Cu(NO3)2.3H2O). Se caracterizaron los materiales por difracción de rayos X y microscopía Raman, los resultados indican presente la estructura monoclínica del WO3 con un tamaño de cristalito constante sin presentar un cambio en la estructura al acoplar el ion Cu+1 y el rGO. La absorbancia de los materiales se midió por espectrofotometría ultravioleta-visible y empleando la ecuación modificada de Kubelka-Munk se calcularon las brechas de energía obteniendo una disminución poco significativa al ser acoplados (Cu+1 y el rGO) y presentó un aumento en la capacidad de absorber en el rango de luz visible atribuido a los subniveles energéticos creados en las bandas del semiconductor. Los resultados texturales por fisisorción mostraron un aumento en el área superficial especifica propiciado por el rGO y en el FESEM se mostró una distribución homogénea al incorporar el Cu+1, además se confirmaron los porcentajes en masa de los materiales acoplados por EDS. Con estos análisis los resultados señalan una mejora en las propiedades ópticas, texturales y morfológicas de los compuestos, así como se confirma la obtención de compósitos ya que no se vio afectado la matriz del WO3 y solo se formaron especies de Cu2O en la superficie, como revela los análisis XPS. Se evaluó el desempeño fotocatalítico de los materiales con luz simulada en un reactor conectado a un sistema continuo en el laboratorio y se evaluaron en un concentrador solar cilíndrico que se construyó con un factor de concentración de 24. Los resultados fueron satisfactorios con un tiempo de reacción de 5 horas para ambos casos, con diferentes tendencias debido a la fuente de luz, para el sistema con luz simulada la mayor producción de H2 fue de 1146 µmol/g correspondiente VI al 3rGO-WO3 y para la evaluación en la luz solar la mayor producción fue de 394 µmol/g correspondiente al compuesto 0.5Cu/6rGO-WO3. Los resultados obtenidos en este trabajo superan por más del 500% respecto a otros trabajos que realizan la división de la molécula del agua por fotocatálisis.