Fotoánodos de TiO2 modificados con CeO2 y PANI: caracterización estructural y electroquímica para aplicaciones en fotoelectrodegradación en medio acuoso (2024)
En esta investigación se abordó la síntesis y el análisis del desempeño fotoelectroquímico de fotoánodos de dióxido de titanio (TiO2) modificados con dióxido de cerio (CeO2) y polianilina (PANI), con el propósito de degradar los colorantes azul de metileno (MB) y naranja de metilo (MO). El estudio se dividió en cinco etapas principales. En la primera (Capítulo 2), se optimizaron las condiciones de sinterización y concentración de la sal de cerio (3+) para la síntesis de fotoánodos de CeO2 sobre FTO (Fluorine Tin oxide-coated glass substrate por sus siglas en inglés). La segunda etapa (Capítulo 3) se orientó a explorar cómo el método de electropolimerización de películas de PANI sobre FTO afecta sus propiedades fotoelectroquímicas. En la tercera etapa (Capítulo 4), se desarrolló la modificación electroquímica de nanobarras de TiO2 con dióxido de cerio y PANI para la preparación del fotoánodo TiO2/CeO2/PANI, evaluando sus propiedades fotoelectroquímicas. Finalmente, en la última etapa (Capítulo 5), se optimizaron las condiciones de fotoelectrodegradación (acidez, potencial aplicado y concentración de contaminante) para la degradación de los colorantes. Como capitulo adicional (capitulo 6) se muestran la aplicación de fotoánodos de CeO2 frente a la degradación fotoelectroquímica de ciprofloxacino (Cip) en agua. Como resultado principal de la investigación, se observó que el fotoánodo de TiO2/CeO2/PANI alcanzó una degradación superior al 95% del azul de metileno en medio básico y una degradación mayor al 90% del naranja de metilo en condiciones ácidas. Este alto rendimiento se atribuye, en primer lugar, al buen contacto entre los componentes del fotoánodo, lo cual favorece la eficiencia del sistema. Además, la modificación con CeO2, gracias a su valencia mixta (Ce3+/Ce4+), permite la introducción de niveles intermedios 4f entre las bandas de valencia y conducción del TiO2, mejorando la separación y el transporte de cargas. Por otro lado, la incorporación de PANI amplió el rango de absorción del fotoánodo hacia la región visible y, debido a sus estados de oxidación mixtos, contribuyó al transporte y acumulación de huecos en la superficie del material, facilitando la degradación de los contaminantes.