Evaluación de la producción de hidrógeno en una celda PEC, utilizando urea como sustrato y óxidos de metales como semiconductores

Abstract

El uso de combustibles fósiles genera problemas ambientales y de salud, por lo que se hace necesario desarrollar fuentes renovables de energía, entre otras, solar y eólica; sin embargo, estas presentan el problema de variabilidad, siendo necesario almacenarlas para utilizarlas en periodos de baja o nula producción. Para la solar, una forma de hacerlo es como energía química en los enlaces de hidrógeno, obtenido mediante la reacción catódica en una celda PEC (celda fotoelectroquímica) en la que se usa urea como sustrato para la reacción anódica, lo que permite simultáneamente el tratamiento de aguas que la contengan, por ejemplo la orina. La síntesis de los fotoánodos se realiza por electrodepositación anódica sobre FTO y calcinación posterior, igual la electrodepositación del catalizador formando varias capas de acuerdo con cada objeto particular de estudio. Luego se evalúa el fotoánodo de BiVO_4/ZnFe_2 O_4 que absorbe la energía solar en el visible y NiOOH como catalizador, para lo cual se compara capa por capa, es decir, BiVO_4, BiVO_4/ZnFe_2 O_4, BiVO_4/NiOOH, BiVO_4/ZnFe_2 O_4/NiOOH y α-Fe_2 O_3 (hematita), esta última por ser estable en el medio. Finalmente, se evalúa el fotoelectrodo y la producción de hidrógeno, usando urea como sustrato anódico y Pt como cátodo; se caracterizan mediante las pruebas electroquímicas EIS y voltametría de barrido lineal, con lo que se encuentra actividad para la oxidación de urea por un aumento en la corriente pero no en todos los electrodos, sin embargo la orina presenta excelentes resultados disminuyendo la recombinación de los electrones y aumentando la corriente; el catalizador presenta resultados adversos porque aumenta la recombinación en los fotogenerados, se debe investigar a fondo la orina y los métodos de fabricación del electrodo.

Abstract: the use of fossil fuels generates ambient and health problems, for that is necessary the use of renewable sources of energy like solar and wind, however, this has problems of variability, being necessary to store the energy. For the solar energy, one way to do so is in the form of chemical energy in the bonds of hydrogen, obtained in the cathodic reaction in a PEC cell (photoelectrochemistry) in which urea is use in the anodic reaction, this enable the treatment of water that contains it, for example the urine. The synthesis of photoanodes is performed using anodic electrodeposition over FTO and annealing, the same electrodeposition for the catalyst forming several layers in agreement whit the particular object of study. Then it is evaluate the photoanode of BiVO_4/ZnFe_2 O_4 that absorb light in the visible region, also a catalyst of NiOOH. For that is compare layer by layer that means a BiVO_4 , BiVO_4/ZnFe_2 O_4, BiVO_4/NiOOH, BiVO_4/ZnFe_2 O_4/NiOOH and α-Fe_2 O_3 (hematite), the latter because is totally stable in the medium. Finally, it is going to be evaluated the photoelectrode and the hydrogen production in a media with urea and a cathode of Pt. it is characterized by electrochemical proof EIS, linear sweep voltammetry. With this we found that the urea increases the current but not in all electrodes, however the urine decreases the recombination at the electrodes and increase the current, the catalyst shows adverse results because increase the recombination of the photogenerated charge carriers. It is necessary a deep investigation of the urine and the way the electrode is produced.