Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo de Memoria de Título tiene como objetivo el estudio de la actividad fotocatalítica de nanocompositos de TiO2-quitosano en el rango de luz visible. De manera de cumplir el objetivo de este trabajo, se plantearon como objetivos específicos la síntesis y caracterización de tres compositos en polvo de TiO2 y quitosano con 25, 50 y 75% en peso de contenido de titania, QT-25, QT-50 y QT-75, respectivamente, para posteriormente medir y comparar su actividad fotocatalítica tanto en el rango UV como en el rango visible de la luz para la descomposición de anaranjado de metilo (AM), que fue utilizado como contaminante modelo de efluentes de plantas textiles. Finalmente, se analizaron los resultados obtenidos de forma de entender el efecto que tiene el quitosano sobre el TiO2. Se efectuaron estudios de difracción de rayos X (DRX), espectroscopía UV-vis, espectroscopía IR, fotoluminiscencia y superficie BET como métodos de caracterización de los compositos. Los resultados de las caracterizaciones muestran que a medida que aumenta el contenido de polímero en los compositos, cambia la estructura cristalina por la formación de aglomeraciones, mientras que la cristalinidad del TiO2 no se ve afectada por la adición de quitosano. La espectroscopía UV-vis arrojó que el quitosano logra disminuir el band gap del TiO2 generando un corrimiento al rojo. Para la fotocatálisis en rango UV se observó que el TiO2 degradó el AM en un 64,77%, siendo esta la mayor eficiencia en esta prueba. En el rango visible, la mayor eficiencia la alcanzó el composito QT-75, con un 63,55% de degradación del AM, mientras que los compositos QT-50 y QT-25 lo degradaron en un 48,08 y 42,08%, respectivamente. El análisis cinético de primer orden arroja que existen dos etapas diferenciadas durante la reacción de fotodegradación del AM, primero con alta velocidad de reacción para después disminuir, probablemente debido a fenómenos de transferencia de masa sumado al descenso en la concentración del tinte lo que dificulta que se mantenga una alta velocidad de degradación a lo largo de la prueba. A modo de conclusión, el estudio permite confirmar que el quitosano es capaz de aumentar la actividad fotocatalítica del TiO2 en el rango visible de la luz, al disminuir su band gap y aportar con la presencia de los grupos amino e hidroxilo para la formación de radicales oxidantes O2●-, OH●. De manera de proyectar el trabajo es posible la exploración de nuevas aplicaciones más allá del tratamiento de agua como la producción de hidrógeno o el mejoramiento del sistema de tratamiento ya existente mediante adición de iones metálicos al composito de mejor desempeño.

Ingeniero Civil Químico / Los óxidos de nitrógeno (NOx), mezcla gaseosa compuesta principalmente por óxido nítrico y dióxido de nitrógeno generados a partir de la combustión, son un contaminante ambiental con varias consecuencias negativas tanto para el medio ambiente como para las personas Existen diversas técnicas para eliminar los NOx del aire, entre las cuales destaca la fotocatálisis con dióxido de titanio en su forma cristalina anatasa, en la cual la luz UV-A (λ<388 [nm]) activa el TiO2 y forma un agente capaz de oxidar los NOx, adsorbiéndolos sobre su superficie en forma de HNO3 y/o iones. El presente informe tiene como objetivo general el desarrollo y evaluación de una pintura fotocatalítica capaz de abatir los NOx del aire, para lo cual se adquieren distintos tipos de titania y se preparan diferentes revestimientos fotocatalíticos, se implementa un sistema de medición de abatimiento de NO adaptado a partir de la ISO 22.197-1 y se caracteriza la pintura fotocatalítica según ensayos de textura, viscosidad, brillo, tonalidad, resistencia al envejecimiento UV, resistencia a la corrosión en ambiente salino y eficacia en la remoción de NO. Los resultados indican que la pintura efectivamente sufre modificaciones al añadirle el catalizador. Con respecto a la conversión del NO, sí se presenta una actividad catalítica clara en el catalizador en polvo prensado pero no así en los revestimientos. Se observa que la conversión aumenta al disminuir la concentración de NO a la entrada y que las mejores eficacias de remoción la presentan los productos comerciales de Cristal Global, Sachtleben y Evonik, de mayor a menor respectivamente. Finalmente se recomienda realizar nuevos ensayos de abatimiento de NO con una condición de operación más cercana a la presente en el aire ([NO] ≤ 1[ppm]) y evaluar la adición del catalizador en la fase de formulación y elaboración de la pintura.

Realiza el estudio de catalizadores basados en nanopartículas de TiO2 para la degradación fotocatalítica del colorante cibacrón navy H-2G. Las muestras de nanopartículas utilizadas fueron TiO2 comercial Degussa P25 y TiO2 industrial Avanzare. Utiliza como soportes láminas de vidrio, PET y PVC. Las láminas se lavaron con agua y detergente, se enjuagaron con agua destilada y se introdujeron a un recipiente plano que contenía una solución de HCl a un pH 2 por 8 horas. Finalmente se lavaron con agua destilada, se secaron y pesaron. Se preparó una dispersión de TiO2 al 2% y se sonicó durante 30 minutos para alcanzar la homogeneidad. Se colocó las láminas preparadas en un recipiente plano, se adicionó rociando la suspensión de TiO2, se dejó reposar y secar a temperatura ambiente. Las láminas de vidrio se secaron a 110 °C y las láminas de PET y PVC a 50 °C en ambos casos durante 1 hora, luego se enfriaron en un desecador y se pesaron. Este procedimiento se repitió 3 veces para tener una mayor cantidad de TiO2 impregnado. Se realizaron pruebas de reuso de las láminas obteniéndose resultados óptimos para tres ensayos consecutivos. Para caracterizar a los catalizadores se utilizan las técnicas: DRX, SEM, TEM y DLS. La medición de la actividad fotocatalítica de los catalizadores soportados se realizó con las láminas soportadas, obteniendo como resultado en todos los casos la decoloración total. Se calcula el porcentaje de degradación del colorante con un equipo medidor de COT obteniéndose con el TiO2 Avanzare 77.8 % de degradación, con el TiO2 Degussa P25 52,8 % de degradación. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Estudia la actividad fotocatalítica de nanopartículas de TiO2 soportadas en una película de alcohol polivinílico en la degradación del colorante negro reactivo 5 (NR5). Una dispersión de nanopartículas de TiO2 (soles de TiO2) es preparada empleando como precursor tetraisopropóxido de titanio a pH 1. Luego el sol de TiO2 se mezcla con una solución de alcohol polivinílico (PVA) y glutaraldehído a pH 1, finalmente la dispersión resultante es secada al ambiente obteniendo nanopartículas de TiO2 soportadas en una película de alcohol polivinílico (película de TiO2-PVA) con una concentración de 4,4.10-4 mol.Ti/g de película. La actividad fotocatalítica de los soles de TiO2 así como de las películas de TiO2-PVA son probadas en un sistema de degradación de color compuesto principalmente por una fuente de radiación UV-VIS, que decolora (degrada) una solución de colorante NR5 hasta completamente incoloro. El desarrollo del proceso de fotodegradación es evaluado con un espectrofotómetro UV-VIS a 600 nm. También se evalúa el efecto de las siguientes variables en el proceso de fotodegradación: la concentración del sol de TiO2, concentración del colorante, y el pH. Empleando un sistema de fotodegradación y 1,5 gramos de película de TiO2-PVA se logra degradar completamente 100 mL de colorante NR5 a 25 ppm en 25 minutos, así mismo estas pueden trabajar en un amplio rango de pH, siendo más eficientes a pH ácidos. Una de las desventajas de las películas de PVA-TiO2 es que al emplearlas en ciclos sucesivos de fotodegradación reducen paulatinamente su poder catalítico hasta desaparecer (envenenamiento del catalizador). Los resultados de este trabajo son comparados con trabajos similares: xerogeles de TiO2 soportados en vidrio en la fotodegradación de colorantes, y catalizadores biológicos en fotodegradación del colorante negro reactivo 5; concluyendo que las películas de TiO2-PVA preparadas en este trabajo presentan características superiores que los materiales preparados en los trabajos comparados, en la fotodegradación de la matriz colorante en solución por la velocidad a la que trabaja así como los amplios rangos de pH a los que son estables. El envenenamiento del catalizador es una desventaja en común con estos trabajos, y en general es una característica del TiO2 cuando es usado como catalizador. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Química / En el presente trabajo de investigación se sintetizó materiales nanoestructurados de óxido de cinc mediante la técnica de sol gel. Con el objetivo de mejorar sus capacidades fotocatalíticas en la síntesis se incorporó cantidades conocidas de metales (dopaje), a saber, Cu, Fe y Ag, esto para producir cambios en su morfología y estructura cristalina. Se incorporó cobre en un 0.5, 1, 1.5 y 2% en fracción molar, hierro en un 0.25, 0.5, 0.75 y 2% en fracción molar y plata en un 0.5, 2, 3, 6 y 9% en fracción molar. Para caracterizar los materiales se realizó medidas de área superficial BET, microscopía electrónica de barrido, microscopía de transmisión electrónica, microscopía de transmisión electrónica de alta resolución, difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX), espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía micro-Raman, fotoluminiscencia (FL), y espectroscopía UV visible. Finalmente se llevaron a cabo pruebas de fotocatálisis con luz visible para evaluar las potenciales mejoras en el rendimiento de los materiales, y se determinaron las constantes cinéticas de aquellos que evidenciaron el mayor rendimiento en descontaminación de agua. Se obtuvo muestras de tamaño nanométrico con una morfología de partícula en el caso de hierro y plata. En el caso de cobre la morfología fue varillas. S observó que la incorporación de hierro y plata en el óxido de cinc favorecen la fotocatálisis, no así el cobre.

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Tesis por compendio / [ES] En las últimas décadas se ha producido un incremento gradual en el consumo energético a escala mundial. Este aumento de las necesidades energéticas lleva asociado el consumo masivo de combustibles fósiles, principalmente petróleo y carbón, que ha tenido como consecuencia la liberación a la atmósfera de enormes cantidades de dióxido de carbono (CO2). El CO2 atmosférico, entre otros gases, se ha relacionado con el fenómeno de "efecto invernadero" responsable del calentamiento global, por lo que con el fin de evitar las dramáticas consecuencias de este fenómeno se está intentando sustituir el uso de combustibles fósiles por otros cuya huella ecológica sea neutra respecto a la emisión de CO2, cuya producción sea sostenible y que puedan ser obtenidos utilizando fuentes de energía renovables. En este sentido, la obtención fotocatalítica de combustibles solares ha sido propuesta como una de las alternativas más prometedoras en la última década. Esta se inspira en la fotosíntesis natural donde el CO2 es utilizado para generar compuestos químicos de alto valor añadido empleando luz solar como fuente de energía. Tradicionalmente los fotocatalizadores empleados han estado basados en materiales semiconductores inorgánicos, sin embargo, en los últimos años se ha apostado por el uso de otros materiales abundantes, no tóxicos y cuya producción sea sostenible, entre ellos el grafeno. En este contexto, en la presente tesis doctoral se describirá la preparación de nuevos fotocatalizadores basados en grafeno y su aplicación en la producción de combustibles solares. En concreto, se describirá la preparación de nanopartículas metálicas soportadas sobre láminas de grafeno, ya sea en forma de película nanométrica o polvo, y se estudiará su aplicación en la producción de hidrógeno a partir de agua o en la metanación de CO2. / [CA] En les darreres dècades s'ha produït un increment gradual en el consum energètic a escala mundial. Aquest augment de les necessitats energètiques porta associat el consum massiu de combustibles fòssils, principalment petroli i carbó, que ha tingut com a conseqüència l'alliberament a l'atmosfera d'enormes quantitats de diòxid de carboni (CO2). El CO2 atmosfèric, entre altres gasos, s'ha relacionat amb el fenomen d'"efecte d'hivernacle" responsable del calfament global, de manera que per tal d'evitar les dramàtiques conseqüències d'aquest fenomen s'està intentant substituir l'ús de combustibles fòssils per altres amb una emprempta ecològica neutra respecte a l'emissió de CO2 i la producció dels quals siga possible mitjançant fonts d'energia renovables. En aquest sentit, l'obtenció fotocatalítica de combustibles solars ha sigut proposada com una de les alternatives més prometedores en l'última década. Aquesta s'inspira en la fotosíntesi natural on el CO2 és utilitzat per a generar composts químics d'alt valor afegit emprant llum solar com a font d'energia. Tradicionalment els fotocatalitzadors utilitzats han estat basats en materials semiconductors inorgànics, no obstant, en els últims anys s'ha apostat per l'ús d'altres materials abundants, no tòxics i sostenibles, com ara el grafé. En aquest context, en la present tesi doctoral es descriurà la preparació de nous fotocatalitzadors basats en grafé i la seua aplicació en la producció de combustibles solars. En concret, es descriurà la preparació de nanopartícules metàl·liques suportades sobre làmines de grafé, ja siga en forma de pel·lícula nanomètrica o pols, i s'estudiarà la seua aplicació en la producció d'hidrogen a partir d'aigua o en la metanació de CO2. / [EN] Over the last decades there has been a gradual increase in the global energy demand. This increase in the energetic demands involves the massive consumption of fossil fuels, mainly petroleum and coal, and the emission to the atmosphere of huge amounts of carbon dioxide (CO2). The atmospheric CO2, among other gases, has been related with the "greenhouse effect" phenomenon which is responsable of the global warming. In order to avoid the dramatic consequences of this phenomenon, fossil fuels should be substituted by other sustainable ones obtained by renewable energies and whose ecological print is neutral with respect to the CO2 emissions. In this way, the photocatalytic production of fuels has been proposed as a promising alternative during the last decade. This approach is inspired by natural photosynthesis, in which CO2 is used to obtain valuable chemicals by employing solar light as a source of energy. Traditionally, inorganic semiconductor-based photocatalysts have been employed, however, in the last years there is an increasing interest in the use of other abundant, non-toxic and sustainable materials, such as graphene. In this context, the present doctoral thesis will describe the preparation of new photocatalysts based on graphene and their application in the production of solar fuels. More precisely, the thesis will describe the preparation of metallic nanoparticles supported on graphene layers, either on thin films or powder, and it will study their application in the production of hydrogen from water or in the CO2 methanation. / Mateo Mateo, D. (2019). Obtención de combustibles solares usando fotocatalizadores a base de grafeno [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/121144 / Compendio

El Siglo XXI ha traído consigo, un marcado desarrollo mundial acompañado de un crecimiento poblacional, lo que ha conducido, de cierta manera, a la contaminación del medio ambiente y de los recursos naturales como el agua, el aire y la energía; considerados elementos fundamentales de los que dependen la existencia de los seres vivos y la calidad de vida. En este contexto, los compuestos orgánicos son la principal fuente de contaminación en el agua. Uno de ellos es el fenol, empleado en diferentes actividades industriales como preparación de explosivos, textiles, plásticos, fertilizantes, surfactantes, adhesivos, entre otros. Es así, que este compuesto y sus derivados son considerados por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) como contaminantes prioritarios, debido a su alta toxicidad para los seres vivos, incluso a bajas concentraciones. Diferentes procesos han sido empleados en la remoción de fenol en aguas residuales, tales como adsorción, degradación microbiológica y fotocatálisis. Dentro de estos procesos, se considera la adsorción como el proceso más efectivo, sin embargo, su principal problema radica en la disposición del material una vez ha sido saturado con el contaminante. Entre tanto, la degradación microbiológica y la fotocatálisis se han evaluado como procesos aislados, obteniendo altos porcentajes de degradación pero a bajas concentraciones. En este sentido, la presente investigación busca evaluar la degradación de fenol desde solución acuosa combinando los procesos de adsorción-biorremediación y adsorción-fotocatálisis con materiales carbonosos. Para esto el estudio se desarrolla en cuatro fases que agrupan los procesos de adsorción-biorremediación (Capítulo 3), adsorción-fotocatálisis (Capítulos 4, 5 y 6). El texto presenta en un primer momento, el estudio del efecto de las propiedades texturales de un Carbón Activado (CA) en la degradación de fenol desde solución acuosa, integrando los procesos de adsorción con CA y biorremediación con el hongo Scedosporium apiospermum. Posteriormente, la investigación explora el diseño, construcción y puesta a punto de un fotoreactor para la degradación de fenol con TiO2-P25, por lo que fue necesario parametrizar mediante la regla de Cramer, la fotodegradación de fenol y sus subproductos, para concluir con la evaluación del efecto en la degradación de fenol que tiene un CA empleado como soporte en la inmovilización de TiO2-P25. Derivado de todo lo anterior, se concluye que en el proceso que integra adsorción-biorremediación existe una sinergia, en donde el CA puede ser empleado como adsorbente en efluentes con alta concentración, permitiendo obtener concentraciones residuales tolerables para el crecimiento del hongo Scedosporium apiospermum y se lleve a cabo la degradación. Por otro lado, en el proceso de adsorción-fotocatálisis, el fotoreactor diseñado con materiales de bajo costo permite evaluar diferentes variables que influyen en la cinética de fotodegradación, obteniendo resultados comparables con equipos comerciales. Igualmente, se deduce que es posible parametrizar con la regla de Cramer, los resultados obtenidos mediante espectroscopía UV-Vis, con el fin de determinar intermediarios derivados del fenol. Finalmente, la inmbilización de TiO2-P25 en CA permite deducir una sinergía entre el soporte y la actividad de la TiO2-P25, propiciando el aumento de la conversión de fenol.

Los materiales llamados semiconductores (muchos de ellos óxidos metálicos) son capaces de generar portadores de carga (huecos y electrones) cuando se iluminan con luz suficientemente energética. Estos portadores son capaces de sostener reacciones redox. Los electrones de la banda de conducción (BC) y los huecos de la banda de valencia (BV) pueden reducir y oxidar, respectivamente, especies que estén en contacto directo con el semiconductor. Además, los electrones y huecos fotogenerados pueden eliminarse en el proceso que se conoce como recombinación. El grado en que se producen estas reacciones redox depende de la eficiencia en la separación de las cargas fotogeneradas. Una separación de los portadores efectiva da lugar a aplicaciones. En esta tesis se abordan detalladamente los procesos de foto(electro)cromismo y foto(electro)catálisis. La separación de los portadores de carga en un material puede verse favorecida por: - La creación de heterouniones entre dos semiconductores (óxidos) distintos. - El diseño adecuado de la nanoestructura de los óxidos: estructuras ordenadas y/o estructuras con mucha superficie interfacial. - La modificación de la superficie o del seno de los óxidos semiconductores (dopado). En las aplicaciones prácticas se pretende que haya una transferencia de carga capaz de impulsar el proceso de interés. Por lo tanto, el control de los procesos de transferencia de carga del semiconductor a través de sus interfases es fundamental en el diseño de materiales para una determinada aplicación. Teniendo todo esto en cuenta, los objetivos establecidos para esta tesis han sido: I. Preparar estructuras ordenadas de nanobarras de α-Fe2O3 (hematita) sobre vidrio conductor e investigar sus propiedades catalíticas para fotooxidar agua. Optimizar el proceso de fotooxidación del agua sobre electrodos de hematita aplicando un pretratamiento electroquímico. Estudiar el efecto del pretratamiento sobre la composición, morfología y estructura electrónica de la hematita. II. Modificar los electrodos de hematita con Ti de dos maneras distintas, una que afecte principalmente a todo el material y otra que afecte a la superficie de la hematita, con el fin de mejorar sus propiedades catalíticas para fotooxidar agua. Aplicar y estudiar el pretratamiento reductivo para los electrodos de hematita tras ser modificados con Ti. III. Modificar la superficie de las nanobarras de hematita con trimetilaluminio (TMA) mediante depósito de capa atómica (Atomic layer deposition - ALD) desde fase gas o por adsorción en fase líquida, con el fin de mejorar sus propiedades fotoelectroquímicas para oxidar agua. Investigar los cambios en las propiedades electrónicas y electroquímicas de los electrodos de hematita tras ser modificados. IV. Preparar electrodos nanoporosos de Ni(OH)2 sobre vidrio conductor (SnO2:F - FTO) e investigar sus propiedades catalíticas para oxidar agua en medio alcalino en función de la cantidad depositada y de la morfología del hidróxido. V. Preparar electrodos nanoporosos basados en capas mixtas TiO2/Ni(OH)2 sobre vidrio conductor e investigar la separación de carga en los mismos con el fin de estudiar su posible utilización en dispositivos fotoelectrocrómicos. Estudiar las cinéticas de los procesos de la coloración y decoloración a través de medidas (foto)(espectro)electroquímicas. Las siguientes cinco conclusiones generales resumen los resultados más importantes en relación con los cinco objetivos previamente mencionados. I. En este estudio se ha conseguido sintetizar barras de hematita nanoestructuradas y con orientación (110) depositadas sobre vidrio conductor a través de un método de baño químico. Estas capas se han utilizado para estudiar el proceso de fotoxidación del agua. Para mejorar las propiedades fotocatalíticas de estas capas se ha empleado un pretratamiento electroquímico simple y altamente controlable que consiste en la aplicación de potenciales negativos por un tiempo muy corto (en el rango de segundos). Este pretratamiento da lugar a una mejora de la fotocorriente de hasta ocho veces asociada a la oxidación del agua, junto con un desplazamiento negativo de 20 mV del potencial de inicio de la fotocorriente. Este pretratamiento también induce cambios en la morfología de los electrodos, capacidad electrocatalítica y en su estructura electrónica. Por lo tanto, el dopado electroquímico no puede considerarse simplemente como un dopado tipo-n capaz de aumentar la fotoactividad de las capas debido a una mejora en el transporte de electrones. En realidad, los resultados obtenidos muestran claramente que se producen cambios mucho más profundos en la estructura electrónica y la composición de las capas que mejoran significativamente las propiedades tanto electro- como foto-electrocatalíticas. De hecho, ambas propiedades siguen una tendencia general similar con el potencial del pretratamiento empleado. Dentro de un marco más general, el pretratamiento reductivo puede ser utilizado también para la mejora de estructuras de hematita previamente modificadas o dopadas. Desde una perspectiva práctica, el dopaje electroquímico tiene la limitación de no ser permanente, lo que significa que debe aplicarse periódicamente. Esto no es un inconveniente serio en un dispositivo práctico, siempre y cuando la mejora inducida por el pretratamiento compense claramente esta limitación. II. Se han diseñado dos estrategias de modificación de hematita económicas utilizando una disolución con un mismo precursor de Ti. En un procedimiento el Ti se introduce en la estructura de hematita, mientras que en la otra, se forma una capa de TiO2 ultra-delgada que cubre por completo la superficie de hematita. Ambas modificaciones inducen un aumento significativo en la fotocorriente para la oxidación de agua (4 - 6 veces). La razón principal de la mejora en las capas modificadas con Ti es la disminución significativa del proceso de recombinación. El freno de la recombinación en las muestras modificadas con una sobre-capa de TiO2 se atribuye principalmente al bloqueo de estados superficiales, mientras que en el caso de las muestras modificadas con Ti intercalado en la estructura se relaciona principalmente con el aumento del área interfacial junto con un aumento de la conductividad electrónica. III. Se han preparado electrodos basados en nanobarras de hematita modificadas con TMA empleando una estrategia simple de impregnación a partir de una disolución de hexano. Los resultados se han comparado con los obtenidos modificando los electrodos de hematita con TMA por ALD. Los electrodos modificados muestran una importante mejora, aumentando tres veces la fotocorriente de oxidación de agua. Por un lado, el TMA bloquea los estados superficiales de hematita y por otro, induce un enriquecimiento electrónico. Tal conclusión fue confirmada cualitativamente en el caso de muestras modificadas con TMA utilizando la técnica de ALD. A pesar de que la modificación en fase líquida ha dado una foto-actividad menor en términos de la magnitud de la fotocorriente que la de ALD, representa una alternativa mucho más económica. Además, el método de impregnación a partir de una disolución es industrialmente escalable. Dentro de un marco más general, la modificación con TMA es potencialmente aplicable a otros semiconductores tipo n. Por lo tanto, podría constituir una estrategia relevante para mejorar la eficiencia de la fotooxidación de agua utilizando otros materiales tales como TiO2, BiVO4, WO3, entre otros. IV. Este estudio muestra que, a través de un procedimiento simple y potencialmente escalable como el baño químico, se pueden producir capas nanoestructuradas ultra-finas de Ni(OH)2 sobre FTO. Estas películas se caracterizan por una gran actividad electrocatalítica. Son capaces de oxidar el agua desarrollando corrientes iguales o superiores a las de películas mucho más gruesas. Esto último está relacionado con el hecho de que la reacción de generación de oxígeno depende de la formación de níquel (IV) que puede verse limitada por la baja conductividad eléctrica de Ni(OH)2. Por tanto, el proceso se favorece en capas finas donde la distancia al substrato conductor es menor. Esta noción es muy importante de cara a su aplicación. No solo se minimiza la cantidad de Ni(OH)2 necesaria sino se producen también ánodos altamente eficientes transparentes y prácticamente incoloros. V. Este trabajo ha mostrado que una capa nanoporosa mixta y delgada de TiO2/Ni(OH)2 depositada sobre vidrio conductor y sometida a un potencial catódico constante puede colorearse al ser iluminada con luz ultravioleta, mientras que se decolora completamente cuando se interrumpe la iluminación. Este fenómeno se ha denominado “fotoelectrocromismo reversible potenciostatico”. El valor del potencial empleado permite seleccionar tanto el contraste en la coloración como la cinética de la decoloración. Este fenómeno es posible debido a la existencia de un área interfacial extendida de contacto TiO2/Ni(OH)2 debido a la estructura nanoporosa que permite un contacto íntimo entre ambos componentes. Desde un punto de vista práctico, estos resultados podrían facilitar el desarrollo de ventanas inteligentes con una nueva funcionalidad porque, además del convencional efecto electrocrómico, trabajarían en un segundo modo, en el que, la coloración respondería a la intensidad de la luz incidente (a un potencial constante).

[EN] The outstanding physico-chemical properties of graphene have gained considerable interest of the scientific community in last years due to the wide variety of applications in which this material could be used. In this doctoral thesis new nanomaterials based on graphene has been developed and their uses in fields such as Li-ion batteries, photocatalytic generation of hydrogen and photovoltaics have been studied. It has been shown that grapene oxide can be combined with other layered materials such as hydrotalcites and, after chemical reduction by pyrolysis, it is possible to obtain hybrid materials (metal oxides-reduced graphene oxide) that can be employed as anodes in Li-ion batteries, since they exhibit interesting properties derived from the combination of their components (chapter 3). A new way to prepare iron oxide nanoparticles embedded in a graphenic matrix has been presented, showing that this composite exhibits a high capacity of energy storage and durability when it is used as an anode in Li-ion batteries (chapter 4). It has been demonstrated that, although graphene oxide acts as an active photocatalysts under UV irradiation, this can be sensitized with dyes and, in particular, with ruthenium tris-2,2'-bipiridine, which can provide photoactivity under visible light for the generation of hydrogen from water (chapter 5). A new method to prepare phosphorous doped graphene has been described. This nanomaterial acts as a photocatalyst and, under certain conditions, is able to generate considerable amount of hydrogen from water using a UV-Vis lamp as an irradiation source. The values of hydrogen generation rate obtained are comparable to those of the most active organic heterogeneous photocatalysts described in the state of the art (chapter 6). A new method to prepare a p-n heterojunction has been presented, which is based on the combination of boron doped graphene and nitrogen doped graphene. This heterojunction is able to generate higher photocurrent and photovoltage than the separated semiconductor components (chapter 7). / [ES] Las extraordinarias propiedades físico-químicas del grafeno han despertado el interés de la comunidad científica en los últimos años debido a las múltiples aplicaciones en las que se podría usar este material. En esta tesis doctoral se han desarrollado nuevos nanomateriales basados en grafeno y se ha estudiado su uso en campos como las baterías de ion-Li, la producción fotocatalítica de hidrógeno y la fotovoltaica. Se ha demostrado que el óxido de grafeno se puede combinar con otros materiales laminares como las hidrotalcitas y que, tras su reducción química por pirólisis, es posible obtener materiales híbridos (óxidos metálicos/óxido de grafeno reducido) que pueden ser empleados como ánodos en baterías de ion-Li, ya que poseen interesantes propiedades derivadas de la combinación de sus componentes (capítulo 3). Se ha presentado una forma novedosa de preparar nanopartículas de óxido de hierro embebidas en una matriz grafénica, estableciendo que este composite posee una elevada capacidad de almacenamiento de carga y durabilidad cuando es empleado como ánodo en baterías de ion-Li (capítulo 4). Se ha comprobado que, aunque el óxido de grafeno es un fotocatalizador activo con luz ultravioleta, éste se puede sensibilizar con colorantes y, en particular, con rutenio tris-2,2'-bipiridilo, el cual le proporciona fotoactividad frente a la luz visible para la generación de hidrógeno a partir de agua (capítulo 5). Se ha descrito un método novedoso de preparar grafeno dopado con fósforo. Este nanomaterial se comporta como fotocatalizador y bajo ciertas condiciones, es capaz de generar cantidades importantes de hidrógeno a partir de agua utilizando lámpara de UV-Vis, midiéndose valores de velocidad de generación de hidrógeno que son comparables con los de los fotocatalizadores orgánicos heterogéneos más activos descritos en el estado del arte (capítulo 6). Se ha presentado una forma novedosa de preparar una heterounión p-n basada en la combinación de grafeno dopado con boro y grafeno dopado con nitrógeno. Esta heterounión es capaz de generar mayor fotocorriente y fotovoltaje que los componentes semiconductores por separado (capítulo 7). / [CA] Les extraordinàries propietats fisico-químiques del grafè han despertat l'interès de la comunitat científica en els últims anys a causa de les múltiples aplicacions en les que es podria fer servir aquest material. En aquesta Tesi doctoral s'han desenvolupat nous nanomaterials basats en grafè i s'ha estudiat el seu ús en camps com les bateries d'ió-Li, la producció fotocatalítica d'hidrogen i la fotovoltaica. S'ha demostrat que l'òxid de grafè es pot combinar amb altres materials laminars com les hidrotalcites i que, després de la seva reducció química per piròlisi, és possible obtenir materials híbrids (òxids metàl¿lics / òxid de grafè reduït) que poden ser utilitzats com ànodes en bateries d'ió-Li, ja que posseeixen interessants propietats derivades de la combinació dels seus components (capítol 3). S'ha presentat una forma nova de preparar nanopartícules d'òxid de ferro embegudes en una matriu grafénica, establint que aquest composite té una elevada capacitat d'emmagatzematge de càrrega i durabilitat quan és utilitzat com a ànode en bateries d'ió-Li (capítol 4). S'ha comprovat que, tot i l'òxid de grafè és un fotocatalitzador actiu amb llum ultraviolada, aquest es pot sensibilitzar amb colorants i, en particular, amb ruteni tris-2,2'-bipiridil, el qual li proporciona fotoactivitat enfront de la llum visible per a la generació d'hidrogen a partir d'aigua (capítol 5). S'ha descrit un mètode nou de preparar grafè dopat amb fòsfor. Aquest nanomaterial es comporta com fotocatalitzador i sota certes condicions, és capaç de generar quantitats importants d'hidrogen a partir d'aigua utilitzant llum d'UV-Vis, mesurant valors de velocitat de generació d'hidrogen que són comparables amb els dels fotocatalitzadors orgànics heterogenis més actius descrits en l'estat de l'art (capítol 6). S'ha presentat una forma nova de preparar una heterounió p-n basada en la combinació de grafè dopat amb bor i grafè dopat amb nitrogen. Aquesta heterounió és capaç de generar major fotocorrent i fotovoltatge que els components semiconductors per separat (capítol 7). / Latorre Sánchez, M. (2015). Nanomateriales basados en grafeno y su aplicación en nuevos sistemas de energía [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54135