[ca] La producció fotocatalítica d'hidrogen a partir de derivats de l'aigua i de la biomassa com l'etanol, el glicerol i els sucres és una reacció atractiva per proporcionar hidrogen benigne per al medi ambient. L'etanol s'oxida més fàcilment que l'aigua mitjançant forats de la banda de valència dels semiconductors fotoexcitats, suprimint la recombinació de parells electró-forat i, per tant, augmentant la reactivitat dels electrons en la banda de conducció dels semiconductors fotoexcitats per produir hidrogen. El diòxid de titani (TiO2) ha estat àmpliament investigat en el camp de la fotocatàlisi a causa de la seva fotosensibilitat, baix cost, abundància natural, no toxicitat i bona estabilitat química i tèrmica. No obstant això, l'eficiència de conversió d'energia solar de TiO2 es veu obstaculitzada per la seva gran amplada de banda (3,2 eV) i la alta taxa de recombinació dels portadors fotogenerats. Aquí demostrem que el Ni, Co i Cu poden promoure substancialment la separació de càrregues i l'activació de protons en el TiO2, aconseguint una alta eficiència per a la fotoproducció d¿H2. En el capitol 2, presentem una estratègia per produir nanoestructures poroses de NiTiO3/TiO2 amb una excel·lent activitat fotocatalítica cap a la generació d'hidrogen. Al capítol 2, es van sintetitzar agulles de TiO2 dopades amb níquel itjançant un procediment hidrotermal. Mitjançant la sinterització a l'aire d'aquestes nanoestructures es van obtenir agulles heterostructurades poroses de NiTiO3/TiO2. Com a alternativa, el tractament tèrmic en argó de les agulles de TiO2 dopades amb níquel va donar lloc a nanoestructures allargades de NiOx/TiO2. Es van provar les estructures poroses de NiTiO3/TiO2 per a la producció d'hidrogen en presència d'etanol. Aquestes heteroestructures poroses presentaven una activitat fotocatalítica superior cap a la generació d'hidrogen, amb taxes de producció de fins a 11.5 mmol h-1 g-1 d'hidrogen a temperatura ambient. Per aprofitar la il·luminació solar, es van sintetitzar nanopartícules de CoTiO3 amb una banda adequada al voltant de 2,3 eV mitjançant un procediment de sinterització hidrotermal. Al capítol 3, els catalitzadors compostos CoTiO3/TiO2 amb quantitats controlades de nanodominis distribuïts de CoTiO3 es van provarper a la deshidrogenació fotocatalítica d'etanol. Demostrem que aquests materials proporcionen velocitats devolució d'hidrogen excepcionals sota il·luminació UV i visible. S'analitza a fons l'origen d'aquesta activitat millorada. En contrast amb els supòsits anteriors, els espectres d'absorció UV-vis i l'espectroscòpia de fotoelectrons ultraviolats (UPS) demostren que les heteroestructures CoTiO3/TiO2 tenen una alineació de banda de tipus II, amb la banda de conducció mínima de CoTiO3 per sota del nivell d'energia H+/H2. Els espectres addicionals de fotoluminescència en estat estacionari (PL), espectres PL resolts en el temps (TRPLS) i caracterització electroquímica demostren que aquestes heteroestructures donen lloc a una vida més gran dels portadors de càrrega fotogenerats. Aquestes evidències experimentals apunten cap a un esquema Z directe com el mecanisme que permet l'alta activitat fotocatalítica dels compostos CoTiO3/TiO2 cap a la deshidrogenació de l'etanol. L'optimització de la fotodehidrogenació de l'etanol requereix l'ús de materials fotocatalítics altament actius, estables i selectius basats en elements abundants i l'adequat ajust de les condicions de reacció, inclosa la temperatura. Al capítol 3, s'obtenen heterojuncions de tipus Cu2O-TiO2 tipus II amb diferents quantitats de Cu2O mitjançant un mètode hidrotermal en una etapa. S'avaluen les propietats estructurals i químiques dels materials produïts i la seva activitat cap a la fotodehidrogenació d'etanol sota la il·luminació UV i llum visible. Els fotocatalitzadors Cu2O-TiO2 presenten una alta selectivitat cap a la producció d'acetaldehid i hidrogen fins a deu vegades més altes que el TiO2. Aquí també discernim la influència de la temperatura i l'absorció de llum visible en el rendiment fotocatalític. Els nostres resultats apunten a la combinació de fonts d'energia en reactors termofotocatalítics com una estratègia eficient per a la conversió d'energia solar. Els resultats es van publicar en Nanomaterials el 2021

[es] La producción fotocatalítica de hidrógeno a partir de agua y derivados de biomasa como etanol, glicerol y azúcares es una reacción atractiva para proporcionar hidrógeno sin apenas impacto ambiental. El etanol se oxida más fácilmente que el agua por los huecos en la banda de valencia de los semiconductores fotoexcitados, suprimiendo la recombinación de pares electrón-hueco y, por lo tanto, aumentando la reactividad de los electrones en la banda de conducción de los semiconductores fotoexcitados para producir hidrógeno. Además, el etanol es un recurso renovable que se produce fácilmente mediante la fermentación convencional de azúcares y almidón. El dióxido de titanio (TiO2) ha sido ampliamente investigado en el campo de la fotocatálisis debido a su fotosensibilidad, bajo costo, abundancia natural, no toxicidad y buena estabilidad química y térmica. Sin embargo, la eficiencia de conversión de energía solar del TiO2 se ve obstaculizada por su gran banda prohibida (3,2 eV). Aquí, demostramos que la incorporación de Ni, Co y Cu puede promover sustancialmente la separación de cargas locales y la activación de protones por el TiO2, logrando una alta eficiencia en la fotoproducción de H2. En el capítulo 2, presentamos una estrategia para producir nanoestructuras porosas de NiTiO3/TiO2 con excelente actividad fotocatalítica hacia la generación de hidrógeno. En el capítulo 2, se sintetizaron agujas de TiO2 dopado con níquel mediante un procedimiento hidrotermal. Mediante la sinterización al aire de estas nanoestructuras se obtuvieron heteroestructuras en forma de varillas de NiTiO3/TiO2 porosas. Alternativamente, el tratamiento térmico bajo argón de las varillas de TiO2 dopado con níquel dió como resultado nanoestructuras alargadas de NiOx/TiO2. Las estructuras porosas de NiTiO3/TiO2 se ensayaron para determinar la producción de hidrógeno en presencia de etanol. Tales heteroestructuras porosas exhibieron una actividad fotocatalítica superior hacia la generación de hidrógeno, con tasas de producción de hasta 11,5 mmol h-1 g-1 de hidrógeno a temperatura ambiente. Este excelente rendimiento se relaciona con las propiedades optoelectrónicas y los parámetros geométricos del material. Los resultados se publicaron en Journal of Materials Chemistry A en 2019. Para aprovechar la luz solar, se sintetizaron nanopartículas de CoTiO3 con un intervalo de banda de alrededor de 2.3 eV mediante un procedimiento de sinterización hidrotermal. En el capítulo 3, se prepararon catalizadores compuestos CoTiO3/TiO2 con cantidades controladas de nanodominios CoTiO3 altamente distribuidos para la deshidrogenación fotocatalítica de etanol. Demostramos que estos materiales presentan una actividad fotocatalítica de generación de hidrógeno excepcionales bajo iluminación UV y visible. El origen de esta actividad se analiza ampliamente. En contraste con las suposiciones anteriores, los espectros de absorción UV-vis y la espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta (UPS) demuestran que las heteroestructuras de CoTiO3/TiO2 tienen una alineación de banda de tipo II, con la banda de conducción del CoTiO3 por debajo del nivel de energía H+/H2. Los espectros de fotoluminiscencia (PL), los espectros de PL resueltos en el tiempo (TRPLS) y la caracterización electroquímica demuestran que tales heteroestructuras dan como resultado una mayor vida útil de los portadores de carga fotogenerados. Estas evidencias experimentales apuntan hacia un esquema Z directo como el mecanismo que permite la alta actividad fotocatalítica de los compuestos CoTiO3/TiO2 hacia la deshidrogenación del etanol. Además, se analizó el efecto de la temperatura en la actividad fotocatalítica de los materiales probados, lo que podría usarse para promover aún más el rendimiento en un reactor solar termo-fotocatalítico. Los resultados se publicaron en ACS Applied Materials & Interfaces en 2021. La optimización de la fotodeshidrogenación del etanol requiere el uso de materiales fotocatalíticos altamente activos, estables y selectivos basados en elementos abundantes y el adecuado ajuste de las condiciones de reacción, incluida la temperatura. En el capítulo 3, se obtuvieron heterouniones Cu2O-TiO2 tipo II con diferentes cantidades de Cu2O mediante un método hidrotermal en un solo paso. Se evalúan las propiedades estructurales y químicas de los materiales producidos y su actividad hacia la fotodeshidrogenación de etanol bajo iluminación UV y con luz visible. Los fotocatalizadores Cu2O-TiO2 muestran una alta selectividad hacia la producción de acetaldehído e hidrógeno hasta diez veces más altas en comparación con el TiO2. También discernimos aquí la influencia de la temperatura y la absorción de luz visible en el rendimiento fotocatalítico. Nuestros resultados apuntan a la combinación de fuentes de energía en reactores termo-fotocatalíticos como una estrategia eficiente para la conversión de energía solar. Los resultados se publicaron en nanomateriales en 2021