Desarrollo de fotoelectrodos de delafosita (CuFeO2) para la fotoelectrólisis del agua

RESUMEN : Actualmente el diseño de sistemas de celdas fotoelectroquímicas (PEC) es de interés para una producción de hidrógeno de manera eficiente y de bajo costo. Dicha tecnología involucra el desarrollo de fotoelectrodos que logren satisfacer las funciones a gran escala bajo ciertas condiciones de operación con buena fotocorriente y estabilidad. En este trabajo se propone el desarrollo de fotoelectrodos en base delafosita (CuFeO2), la delafosita es un material atractivo para la elaboración de fotoelectrodos debido a su buena estabilidad química y la excelente movilidad de los portadores de carga. Sin embargo, su desempeño se ve limitado porque exhibe una limitada fotocorriente; al presentar procesos de recombinación de carga que ocurren en la interfaz entre el electrodo y el electrolito. Por esta razón resulta atractivo el desarrollo y adición de elementos para la mejora de las propiedades fotoeléctricas de la delafosita para promover su posible aplicación como fotoelectrodo. En este trabajó se logra establecer un método de fabricación por medio de espray pirólisis a 30 pasadas con una concentración de precursores de 0.2 M de hierro y 0.8 M de cobre, en un solvente de 69.5 % agua desionizada, 29.5 % etanol y 1 % etilenglicol observando una disminución de defectos en la superficie como posibles trampas en la caída de la fotocorriente. Además, en el ajuste del tratamiento térmico se encontró una mejora debido a la organización cristalográfica causada por el recocido en atmósfera de argón. Los elementos metálicos añadidos como níquel, estaño, cobalto y cerio a diferentes porcentajes atómicos (at %) lograron una mejora en las propiedades fotoeléctricas y de estabilidad frente al fotoelectrodo con delafosita. La mejor fotocorriente obtenida fue de 0.038 mA cm-2 a -0.203 V vs RHE, obtenida con el material en base delafosita con cerio. Este resultado comparado a lo reportado en la literatura representa un 38 % aproximadamente del valor reportado con otro tipo de modificaciones en ambientes más controlados. Algunos métodos como espectroscopia de impedancia fotoelectroquímica (PEIS) y la espectroscopia de fotocorriente modulada por intensidad (IMPS) son usados para medir la eficiencia de transferencia de carga de los fotoelectrodos, los cuales, podrían ser utilizados para la caracterización de sistemas altamente eficientes a gran escala. El desempeño y el mecanismo de actuación de la delafosita como fotoelectrodo aún está en discusión por los diferentes autores que han trabajado con dicho material. El presente trabajo no es la excepción frente a los resultados encontrados en la caracterización, sin embargo, no se logró obtener gráficos estables para el cálculo de las eficiencias de transferencia de carga interfacial principalmente debido a la posible degradación de los fotoelectrodos, la descrita recombinación superficial, creación de estados superficiales y las bajas corrientes.

• Autores: Valencia Garcia, Michael Edwin
• Tipo de recurso: Trabajo de grado de pregrado
• Fecha de publicación: 2023
• Institución: Universidad de Antioquia
• Repositorio: Repositorio UdeA
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/35561
• Acceso en línea: https://hdl.handle.net/10495/35561
• Palabra clave: Difracción de Rayos X; X-Ray Diffraction; Energía eléctrica; Electric power; Hidrógeno; Hydrogen; Fotoelectrodo; Delafosita; Fotoelectrólisis; Fotoelectroquímica; http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_3724; http://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept9508
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