Fotorreducción de dióxido de carbono usando TiO2 sensibilizado con trímeros de Co y Cu en medio acuoso

Abstract

En la presente investigación, se evaluó el desempeño de dos fotocatalizadores de dióxido de titanio, uno sensibilizado con un trímero de cobre (Cu3(dpa)4Cl2) (dpa = 2,2´-dipiridilamina) y el otro con un trímero de cobalto (Co3(dpa)4Cl2), específicamente, en la fotorreducción de dióxido de carbono en medio acuoso. En una primera etapa experimental, se estudió el proceso de sensibilización del TiO2, el cual ocurre en dos reacciones sucesivas, utilizando un reactor de microondas: en la primera, se funcionaliza la superficie del TiO2 con ácido p-aminobenzoico (PABA) que actúa como molécula de enlace entre el TiO2 y el trímero respectivo; luego, en la segunda reacción, se ancla el trímero del metal. Se analizaron tres niveles de temperatura, potencia y tiempo de reacción para cada una de las dos reacciones; sin embargo, un análisis estadístico robusto tipo Taguchi arrojó que no existe diferencia significativa entre los tratamientos para las condiciones seleccionadas. Como resultado de esto, se determinó que para el proceso de sensibilización de los fotocatalizadores se puede trabajar en las siguientes condiciones sin afectar la composición final de cada catalizador: 70 ºC, 100 W y 5 min en la etapa de funcionalización con el PABA y 80 ºC, 150 W y 5 min en el anclaje de ambos tintes. En la segunda etapa experimental se realizó la evaluación de los fotocatalizadores sintetizados para la fotorreducción de CO2 en medio acuoso, empleando una lámpara ultravioleta de mediana presión y un fotorreactor a presión atmosférica y 25 ºC. El catalizador que presentó mejor desempeño fue el sensibilizado con el trímero de cobalto, ya que evidenció mayor producción de metano (14,28\ \sfrac{\mu mol}{g_{cat}\ h}) y monóxido de carbono (32,84\sfrac{\mu mol}{g_{cat}\ h}); por su parte, el catalizador sensibilizado con cobre no presentó generación cuantificable de monóxido de carbono y la producción de metano fue considerablemente menor (6,23\ µmolgcat h). La producción de hidrógeno por ambos catalizadores fue importante, particularmente, la del catalizador sensibilizado con el trímero de cobre (420\ µmolgcat h). No se detectó presencia de otros productos de la reducción del CO2 en la fase líquida.