Síntesis y caracterización de nanomateriales de ZnO y ZnSe para la producción fotocatalítica de hidrógeno

Abstract

En el presente trabajo de investigación se sintetizaron nanopartículas de ZnO y ZnSe a distintas temperaturas. Los fotocatalizadores se sintetizaron por método hidrotermal para ambos materiales. Las propiedades físicas, ópticas y morfológicas se caracterizaron por Difracción de rayos X (DRX), Espectroscopia Raman, Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Espectroscopía ultravioleta-visible (UVVis), Fluorescencia de rayos X (FRX). Se formaron heterounión mediante el acoplamiento de semiconductores tipo p - NiO y CuO con el semiconductor tipo n- ZnO en cantidades de de 0.5, 1 y 3 % en masa (% m/m), así mismo se impregno Ni y Cu en su fase activa al ZnO utilizándose como precursor Nitrato Níqueloso Hexahidrato y Nitrato de Cupríco Hidratado, con la finalidad de mejorar las propiedades fotocatalítica del ZnO. El ZnSe se evaluó puro, ya que presenta propiedades ópticas que lo hacen interesante para esta investigación. La actividad fotocatalítica se evaluó a partir de la mezcla agua-etanol, bajo lámparas con luz ultravioleta de 350 nm de longitud de onda. La reacción fotocatalítica se realizó en temperatura ambiente y se analizó de forma continua mediante el espectrómetro de masa durante 300 min. Los catalizadores de ZnO/Cu síntetizados en el presente trabajo mostraron actividad fotocatalítica de eficiencia de 280 μmol de H2/h en 4 horas y el ZnSe rendimiento de 96 μmol de H2/h en un tiempo de 3 horasr a temperaturas de síntesis de 200°C. the present research work, ZnO and ZnSe nanoparticles were synthesized at different temperatures. The photocatalysts were synthesized by a hydrothermal method for both materials. The physical, optical, and morphological properties were characterized using X-ray Diffraction (XRD), Raman Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), and X-ray Fluorescence (XRF). Heterojunctions were formed by coupling p-type semiconductors - NiO and CuO - with n-type semiconductor ZnO in quantities of 0.5, 1, and 3 Mass percent (% m/m). Additionally, Ni and Cu were impregnated in their active phase to ZnO using Nickelous Nitrate Hexahydrate and Copper Nitrate Hydrate as precursors, with the aim of enhancing the photocatalytic properties of ZnO. ZnSe was evaluated in its pure form, as it exhibits optical properties that make it interesting for this research. The photocatalytic activity was evaluated using a water-ethanol mixture under ultraviolet light with a wavelength of 350 nm. The photocatalytic reaction was carried out at room temperature and continuously analyzed using a mass spectrometer for 300 minutes. The ZnO/Cu catalysts synthesized in this study exhibited a photocatalytic efficiency of 280 μmol of H2/h in 4 hours, while ZnSe demonstrated a yield of 96 μmol of H2/h in a 3-hour synthesis time at 200°C.