Reducción fotoelectroquímica de nitrato en presencia de dióxido de carbono utilizando un electrodo de Cu2O/TiO2/FTO
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Date
2021
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Abstract
El escenario energético actual y el incremento de los gases de efecto invernadero han
impulsado la búsqueda y generación de alternativas energéticas sustentables. El hidrógeno
o moléculas portadoras de hidrógeno como amoniaco o etanol, entre otras, han surgido como
alternativas energéticas a los combustibles fósiles. No obstante, muchas moléculas
portadoras de hidrógeno son consideradas tóxicas, de difícil manejo y almacenamiento. Urea
es un compuesto nitrogenado considerado como portador de hidrógeno, no tóxico, de
almacenamiento seguro, que puede ser utilizado como nutriente vegetal y además como
combustible. Esta tesis doctoral plantea la síntesis de urea mediante la reducción
fotoelectroquímica de nitrato de sodio en presencia de dióxido de carbono utilizando un
electrodo de Cu2O/TiO2/FTO, proponiendo una alternativa a la síntesis química, la cual es
demandante en energía y que requiere de altas presiones y temperaturas. La reacción de
reducción de nitrato es un tema ambiental y energético de importancia, pues su conversión
a nitrito es el paso limitante para posteriores reacciones de reducción de esta molécula,
además la degradación de este compuesto vía electroquímica usualmente requiere de
elevados sobrepotenciales, mientras que la propuesta de una reducción fotoelectroquímica
permite el uso de radiación, como la luz solar, disminuyendo los sobrepotenciales de
reacción. Se plantea una síntesis para el electrodo de Cu2O/TiO2/FTO de bajo costo y con
posibilidad de ser escalable. Este electrodo fue caracterizado corroborando la formación de
la heterounión de Cu2O/TiO2 en la superficie. Su comportamiento fotoelectroquímico,
demostró que es factible realizar la reducción de nitrato a bajos sobrepotenciales en presencia
de iluminación. Se diseñó y fabricó un fotorreactor generando una primera aproximación al
escalamiento de esta tecnología. Se caracterizaron y cuantificaron como productos de
reducción: urea, amoniaco y nitrito, obteniendo concentraciones de 0,056 mM y 0,113 mM
para urea, con eficiencias farádicas aparentes de 11,9% y 20,4% utilizando una celda
electroquímica y el fotorreactor, respectivamente. A partir de esta tesis, se ha publicado al
menos un artículo WoS y se espera el desarrollo de futuras publicaciones y proyectos.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021