Fotocatalizadores de TiO2 superficialmente enriquecidos en boro para la oxidación del propeno en fase gas

Autor: Cano Casanova, Laura, Lillo-Ródenas, Maria Ángeles, Román Martínez, María del Carmen, Ansón Casaos, Alejandro, Hernández-Ferrer, Javier, Benito, Ana M., Maser, Wolfgang K., Garro, Núria
Přispěvatelé: Generalitat Valenciana, European Commission, Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (España), Ministerio de Economía y Competitividad (España), Gobierno de Aragón, Universidad de Alicante, Cano Casanova, Laura [0000-0002-8128-3895], Lillo-Ródenas, Maria Ángeles [0000-0002-6484-8655], Ansón Casaos, Alejandro [0000-0002-3134-8566], Hernández-Ferrer, Javier [0000-0002-6586-6935], Benito, Ana M. [0000-0002-8654-7386], Maser, Wolfgang K. [0000-0003-4253-0758], Garro, Núria [0000-0002-9724-0646], Cano Casanova, Laura, Lillo-Ródenas, Maria Ángeles, Ansón Casaos, Alejandro, Hernández-Ferrer, Javier, Benito, Ana M., Maser, Wolfgang K., Garro, Núria
Rok vydání: 2021
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Zdroj: Digital.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC
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Popis: Resumen del póster presentado en la Reunión Bienal de la Sociedad Española de Catálisis - SECAT 2021, celebrada en Valencia, del 18 al 20 de octubre 2021.
El dióxido de titanio es muy interesante como fotocatalizador en muchas reacciones de descomposición de contaminantes ya que, además de su excelente capacidad oxidativa, es estable, inocuo, biocompatible y asequible económicamente. Sin embargo, es deseable mejorar su eficiencia fotocatalítica mediante la disminución de la velocidad de recombinación de los pares electrón-hueco, así como ampliar su intervalo de absorción hacia el espectro visible. Una de las potenciales opciones de mejora se centra en la modificación del TiO2 con boro, lo que podría dar lugar a cambios en la energía y ocupación de los estados electrónicos en mitad de la banda prohibida del semiconductor. De acuerdo con esto, en el presente trabajo se han preparado y caracterizado catalizadores B-TiO2 con distintas cantidades de boro, se han tratado a distinta temperatura de cristalización y se ha analizado su actividad en la reacción de fotooxidación de propeno.
La preparación de los fotocatalizadores implica las siguientes etapas: i) la mezcla de 5 ml de TTIP y 50 ml de isopropanol se agrega gota a gota, con agitación constante, a 50 ml de una mezcla de agua / isopropanol (1:1) que contiene una cierta cantidad de ácido bórico (5,10,50,100 y 230 mg). ii) El gel resultante se envejece durante 12 h, después se recoge por filtrado y se seca en un horno a 90 ºC. iii) El TiO2 obtenido se trata térmicamente en un reactor de cuarzo horizontal en atmósfera de aire a 550 °C, aunque en algunos casos también se ha realizado el tratamiento a 450 y 350 ºC. Los fotocatalizadores, que se han nombrado como B-X-TiO2-T, donde X es la cantidad (en mg) de ácido bórico añadido durante la síntesis y T la temperatura de cristalización (en °C), se han caracterizado mediante adsorción física de gases, difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía fotoelectrónica de rayos (XPS). Además, algunos de los materiales se han caracterizado por espectroscopía de fotoluminiscencia (PL) y en celda fotoelectroquímica (PEC). La oxidación fotocatalítica de propeno en fase gas se llevó a cabo a temperatura ambiente empleando 0.11 g de fotocatalizador y una corriente de 100 ppmv de propeno en aire, con flujo de 30 ó 60 ml/min, utilizando una lámpara UV (TL8W/05 FAM, Philips) de λ=365 nm. El análisis del gas de salida del reactor se ha realizado mediante espectrometría de masas (OmniStar GSD 301 O1). Los fotocatalizadores B-X-TiO2-550 presentan propiedades texturales similares y pequeñas diferencias en el grado de cristalinidad y proporción de fases cristalinas (anatasa y rutilo). Se ha observado que la presencia de ácido bórico durante la síntesis de TiO2 parece dificultar la formación de rutilo. Además, para las muestras B-100-TiO2-550 y B-230-TiO2-550 se observa un pico adicional (a 2θ= 28. 1º) que corresponde al óxido bórico (B2O3). El análisis por XPS de las muestras B-X-TiO2-550 revela diferencias importantes con respecto al material B-0-TiO2-550, y se ha observado que en las muestras B-100-TiO2-550 y B-230-TiO2-550 el boro está fundamentalmente presente como B2O3 (de acuerdo con los datos de DRX).
En el resto de las muestras se deduce que hay especies BxOy con relación y/x inferior a 1.5. El análisis mediante XPS permite también deducir que, en las muestras con menos cantidad de boro, una mayor proporción del mismo interacciona con la titania. La muestra B-5-TiO2-550 presenta la mayor actividad catalítica. La caracterización de esta muestra mediante medidas de PL y PEC permite explicar dicho resultado, ya que se ha encontrado una disminución drástica de todas las bandas de PL, lo que indica una reducción en la tasa de recombinación de los pares electrón-hueco fotoexcitados. Además, el voltagrama cíclico revela que la irradiación da lugar a una activación pronunciada de ciertos estados superficiales cercanos a la banda de conducción. La temperatura de cristalización también afecta la actividad catalítica. Así, la muestra B-5-TiO2-450 es un 10% más activa que la B-5-TiO2-550. Esta mejora puede deberse a que con el tratamiento a 450 °C no se genera rutilo y a que el enriquecimiento superficial en boro es mayor. Además, los análisis de PL indican que este fotocatalizador presenta una menor recombinación de los pares electrón-hueco y las medidas de fotocorriente muestran un desplazamiento de la longitud de onda de absorción hacia mayores valores, lo que implica que la energía de la banda prohibida (Eg) es menor. La combinación de estas propiedades puede explicar el buen comportamiento obtenido para la muestra tratada a 450 ºC.
Los autores agradecen la financiación económica a los proyectos PROMETEO/2018/076 (GV/Feder), RTI2018-095291-B-I00 y ENE2016-79282-C5-1-R (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades), T03-17R (Gobierno de Aragón) y VIGROB-136 (UA).
Databáze: OpenAIRE
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