Heteroestructuras de Cu2O/TiO2 para la reducción de CO2 a través de un esquema Z directo

AGUIRRE, MATÍAS E.; ISLA NAVEIRA, ROCÍO; MARINO, IGNACIO

Río Cuarto

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2017

Universidad de Río Cuarto

Motivación: La fotosíntesis artificial tiene como objetivo resolver la creciente demanda de energía y los problemas ambientales asociados a la emisión de gases de invernadero. Un sistema fotosintético modelo formado por 2 semiconductores que opera bajo un Esquema Z puede potencialmente imitar el poder combinado de los fotosistemas naturales 1 y 2 para la transferencia de electrones. La excitación simultánea de los componentes individuales del compuesto conduce a un par hueco/ electrón en cada centro fotocatalítico, dando lugar a dos posibles procesos de transferencia de carga a través de la interfase, los cuales son propuestos para explicar el aumento de la separación de las mismas (Esquema 1). Sin embargo, evidencias experimentales sólidas en favor de uno u otro mecanismo continúan siendo elusivas en la actualidad. En esta presentación, se sintetizaron heteroestructuras de Cu2O/TiO2 formadas por octaedros de óxido cuproso (Cu2O) cubiertos con dióxido de titanio (TiO2) con alto control morfológico y cristalográfico mediante unaestrategia solvotermal, para mediar la fotoreducción del CO2.Resultados: La determinación de la formación de una juntura p-n y la caracterización de la estructura debandas Tipo II en las heteroestructuras se realizaron por la combinación de técnicas reflectancia difusa UV-Vis y espectroscopias de fotoelectrones ultravioleta (UPS) y de rayos X (XPS), demostrando que la fotoreducción de CO2 a expensas de la oxidación del agua son termodinámicamente factibles. Bajo irradiación UV-Visible (λ ≥ 305 nm) en presencia de vapor de agua como donor de sacrificio, la reducción del CO2 procede de manera selectiva generando CO como único producto de reacción. La velocidad de producción de CO en las heteroestructuras, RCO = 2.11 µmol gcat -1 h-1 es cuatro veces mayor que la obtenida para el Cu2O puro bajoidénticas condiciones. La combinación de resultados obtenidos mediante análisis de XPS en condiciones de operación para Cu2O y Cu2O/TiO2 y la detección de radicales HO? solo en el caso de las heteroestructurasevidencian que en el TiO2 protege al Cu2O de su fotocorrosión.Conclusiones: Nuestros resultados proporcionan evidencia directa de la existencia de un eficiente esquema Z directo como el principal mecanismo para la captación de energía durante la reducción de CO2 en los materiales sintetizados.