Síntesis, caracterización y evaluación de ferritas de metales alcalinotérreos para la producción fotocatalítica de hidrógeno a partir de agua

Abstract

Se estudiaron las ferritas de metales alcalinotérreos MgFe₂O₄, CaFe₂O₄ y BaFe₂O₄ como materiales fotocatalíticos en la producción de hidrógeno a partir de la ruptura de la molécula del agua. En este proyecto de investigación se exploraron los métodos de síntesis suaves: co-precipitación, dispersión y secado de hidróxidos, descomposición térmica de nitratos y el del complejo. Se obtuvieron sus fases cristalinas puras, se determinó que el método “one-pot” del complejo del malato-nitrato fue el más adecuado, se realizó un estudio para establecer condiciones de calcinación a través del Análisis Termogravimétrico de sus precursores para evitar pérdida de material por autocombustión. Se establecieron los menores tiempos y temperaturas necesarias para obtener las fases puras de acuerdo con su análisis por Difracción de Rayos X. Los resultados de su caracterizaron por Microscopía Electrónica de Barrido, Microscopía Electrónica de Transmisión y Fisisorción de Nitrógeno indicaron que MgFe₂O4 es un material poroso, mientras que CaFe₂O₄ y BaFe₂O₄ son no porosos y están formadas por la presencia de aglomeraciones sinterizadas. Los tamaños de partículas de los polvos obtenidos van desde las decenas de nm a las decenas de micras y son nanocristalinos. También se llevó a cabo su Análisis Elemental. A fin de determinar la región del espectro electromagnético en que son activas se caracterizaron por Espectroscopía de Reflectancia Difusa UV-Vis para determinar su “Band Gap” (ancho de banda prohibido), se obtuvieron valores que indicaron que tenían potencial para ser empleadas en la fotoproducción de Hidrógeno. Una de las aportaciones importantes de esta investigación es que por primera vez se reportó de manera clara el modelo de transición de “Band Gap” para BaFe₂O₄. El desempeño fotocatalítico de estos materiales se evaluó en la producción de hidrógeno, se discutieron los resultados obtenidos y se compararon con lo reportado, de acuerdo con lo obtenido en este trabajo BaFe₂O₄ es un material fotocatalítico alternativo al TiO₂ en la producción de hidrógeno a partir de agua.