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ESTUDIO CRISTALOQUÍMICO Y FOTOCATALÍTICO DE SEMICONDUCTORES TIPO PEROVSKITA PARA LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE AGUA Y SOLUCIONES ACUOSAS

 
INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):
NOMBRE
DEDICACIÓN

Hoover Albeiro Valencia Sanchez

10 horas

 
CODIGO CIE

9-16-1

NOMBRE DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN

GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN FOTOCATÁLISIS Y ESTADO SÓLIDO

INTEGRANTES DEL PROYECTO
NOMBRE
TIPO
DEDICACIÓN

Daniela García Flórez

Estudiante

Jessica Alejandra Tamayo Rivera

Estudiante

Vanessa Yesenia Guevara Vargas

Estudiante

 
TIPO DE CONVOCATORIA

2015. Novena Convocatoria

TIPO DE PROYECTO

Investigación Aplicada

OBJETIVO(S)

Objetivo General: Sintetizar y caracterizar compuestos tipo perovskita de la forma ATaO3, donde A = Na, K, Li, dopados con Nd, para ser usados como fotocatalizadores en la producción de hidrógeno a partir de soluciones acuosas. Objetivos Específicos: - Sintetizar los compuestos NaTaO3, KTaO3 y LiTaO3, dopados con Nd, por el método del complejo polimerizable o método de Pechini. - Verificar por medio de los patrones de difracción de rayos X, las fases cristalinas formadas y la cristalinidad. - Determinar los cambios en los valores del GAP, y su dependencia con del grado de dopaje con Nd. Para este objetivo de usará la espectroscopía de reflectancia difusa (DRS). - Cargar los compuestos obtenidos con co-catalizador de NiO por el método de impregnación. - Analizar la variación en el valor del área superficial de los fotocatalizadores y su dependencia con el grado de dopaje, tipo de ión alcalino y carga de co-catalizador. Para cumplir este objetivo se utilizaran las isotermas de adsorción de nitrógeno por el ajuste BET. - Establecer la morfología, tamaño de partícula y diferencias topográficas de los fotocatalizadores por medio del análisis de las micrografías obtenidas en microscopio electrónico de barrido. - Establecer las actividades fotocatalíticas de todos los compuestos sintetizados, cargados y sin cargar, en la degradación de azul de metileno y producción de hidrógeno a partir de soluciones acuosas de metanol, usando radiación visible y UV.

RESUMEN

En el presente informe se lista los resultados obtenidos en cuanto a cumplimiento de objetivos y la preparación de los productos, las actividades fotocatalíticas y difracción de rayos X de los compuestos más relevantes y que han sido obtenidos por estudiantes del programa de Química Industrial y de la maestría en ciencias químicas. Son 12 trabajos de grado en total realizados para optar al título de Químico Industrial y un trabajo de grado de maestría. La estudiante de maestría realizó pasantía internacional en Argentina, donde realizó mediciones para caracterizar los materiales sintetizados. Entre estas mediciones se encuentran: difracción de rayos X, espectroscopía de reflectancia difusa, microscopía electrónica de barrido y pruebas fotocatalíticas. La mayor parte de la financiación del proyecto se usó para la compra de un equipo de reflectancia difusa único en la región. Este equipo ya se encuentra totalmente en funcionamiento no solo para el grupo de investigación, también para la escuela de química y para toda la universidad e instituciones de la región. Se sintetizaron perovskitas de titanio con metales alcalinos como el potasio, sodio y litio. Además, metales alcalinotérreos como el calcio y el magnesio. Estas perovskitas también se doparon con lantánidos como el lantano y el nedoimio. También se sintetizaron unos compuestos de la forma ilemnita, como los titanatos de níquel dopados con distintos metales, entre ellos el hierro, el manganeso y el cobalto. La síntesis se llevó a cabo usando el método de Pechini. Este método es una versión del método sol-gel, el cual consiste en formar un gel a partir de sales solubles de los metales disueltos en etilenglicol, a continuación, se agrega ácido cítrico como quelante o atrapante de los metales disueltos y evitar su precipitación. El ácido cítrico tiene además otra labor, la de formar un polímero con el etilenglicol, condensándose a una temperatura de 130°C. Esté gel formado se lleva a calcinación a 250°C y posteriormente a una pirólisis final donde se forman los compuestos deseados a una temperatura aproximada a los 800°C. Una parte muy importante en la investigación es la caracterización de los compuestos, la cual se realizó principal por difracción de rayos X de polvo. Con está técnica se pudo evidenciar la formación de las fases requeridas al comparar los patrones de difracción con los estándares que se encuentran reportados en la base de datos y la plataforma MATCH!. Además de la identificación de las fases, se realizó refinamiento por el método de Rietveld de las fases sintetizadas para establecer completamente la información de la estructura cristalinas de las fases. Otra técnica usada en la caracterización es la espectroscopía de reflectancia difusa (DRS). Con esta técnica, para la cual se adquirió el equipo, se mite el band gap de los semiconductores. De esta manera se puede establecer cambios en esta medida ocasionados por el metal usado,a demás del titanio, en la perovskita y del dopaje que se realizó para proporcionar cambios en las propiedades ópticas de los compuestos. La microscopía electrónica de barrido SEM, se realizó para identificar topografía del grano y tamaño de partícula, además de la sonda EDS que confirmó la composición química buscada. Para determinar su actividad fotocatalítica, se realizaron reacciones de degradación de colorantes en solución acuosa irradiando tanto con luz negra como con luz visible. Finalmente, y aprovechando la disponibilidad de un equipo SDT en la escuela de química, sometimos las muestras a TGA y DSC para caracterizar su estabilidad térmica. CONCLUSIONES El dopaje en los compuestos aportó, como se esperaba, un cambio en la propiedad óptica del material. En este caso los band gap disminuyeron para los compuestos dopados, lo que proporciona potencial para ser usados en fotocatálisis bajo irradiación visible. Los resultados en las degradaciones de verde de malaquita mostraron degradaciones aproximadas al 80%. Los mat

ESTADO

Concluye Satisfactoriamente

FECHA DE INICIO

18/01/2016

FECHA DE FINALIZACION

18/07/2018

PRODUCTOS
NOMBRE
CATEGORÍA
ENLACE

Apoyo Programa Maestría en Ciencias Químicas

Programa o línea de maestría

Evaluación de la actividad fotocatalítica de los compuestos A2La2Ti3O10(A=K, Na, H) a diferentes cargas de co-catalizador

Trabajo de grado de pregrado

SINTESIS DE LA PEROVSKITA K2TiO3 DOPADA CON LANTANO Y EVALUACIÓN DE SU ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA EN LA DEGRADACIÓN DE VERDE DE MALAQUITA

Ponencia en evento especializado

Sintesis de la perovskita K2TIO3 dopada con lantano y evaluación de su actividad fotocatalítica frente al fenol seguida por HPLC y el verde de malaquita por medio de la espectroscopia UV-VIS

Trabajo de grado de pregrado

Síntesis y caracterización de fotocatalizadores de Titanatos de Niquel Dopados con Nd,Mo, Mn yFe

Trabajo de grado de maestría

Síntesis y catálisis de las pervoskitas MgTiO3 y CaTiO3

Trabajo de grado de pregrado

Síntesis y Catálisis de los sistemas de perovskitas de tipo KTaO3, NaTaO3, LiTaO3

Ponencia en evento especializado

Síntesis y catálisis de los sistemas de Perovskitas de tipo KTaO3, NaTaO3, LiTaO3

Ponencia en evento especializado

Síntesis y catálisis de los sistemas de Perovskitas de tipo KTaO3, NaTaO3, LiTaO3

Trabajo de grado de pregrado

Síntesis y catálisis de perovskitas del tipo ABX3 (A=K,NA), B=Ti, X=O dopadas con lantano

Trabajo de grado de pregrado

Síntesis y evaluación de la actividad fotocatalítica del Na2 TiO3 dopado con Nd para su utilización en la región de espectro visible

Trabajo de grado de pregrado

 
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