Tesis y Trabajos de Investigación PUCP

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Estudio del desempeño de semiconductores basados en silicio como fotocátodos para la obtención de hidrógeno en procesos de electrólisis fotoasistida
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-07-19) Obregón Valencia, Daniel Cristopher; Camargo Leon, Magali Karina
El hidrógeno puede obtenerse mediante electrólisis del agua por imposición de corriente eléctrica, lo cual implica costos relativamente altos de energía. El Perú se encuentra en una de las regiones con mayor incidencia de radiación solar en el mundo. Esta energía abundante y renovable puede ser empleada para asistir el proceso de electrólisis de agua en las denominadas celdas fotoelectroquímicas (PEC). Para ello se requiere el empleo de materiales semiconductores como electrodos. Los semiconductores generan fotocorriente en función a sus propiedades optoelectrónicas y estabilidad química. En esta investigación se estudia el desempeño de silicio cristalino dopado con boro (tipo p) con distintas resistividades eléctricas como fotocátodos para la producción de hidrógeno en una PEC. El enfoque del estudio es evaluar la influencia de la formación de SiO2 en la producción de fotocorriente de hidrógeno en electrolitos ácidos. Las muestras de p-Si fueron sometidos a tratamiento de ataque químico en HF 10% para luego ser estudiados en PECs por las técnicas de monitoreo del potencial de circuito abierto y bajo iluminación estándar AM1.5G intermitente, producida por un simulador solar con lámpara de xenón, por las técnicas de voltametría de barrido lineal y cronoamperometría. También se caracterizó las propiedades como el potencial de banda plana y el dopaje mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica potenciodinámica y el análisis de Mott- Schottky. Mediante los ensayos de voltametría de barrido lineal en las muestras p-Si (100) con resistividad de 0,001-0,005 Ω cm se encontró un potencial onset de -0,30 V vs. Ag/AgCl KCl 3M y una densidad de fotocorriente máxima de -16 mA cm-2 en la muestra con tratamiento químico con solución de HF al 10% en comparación con -0,5 mA cm-2 en la muestra sin tratamiento químico. Asimismo, se realizó ensayos de cronoamperometría bajo luz intermitente por 3 horas diarias durante 3 días consecutivos. La caracterización superficial de dichas muestras por microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de energía dispersiva y elipsometría confirmaron la formación de una capa de óxido mayor de 15 nm de espesor en las muestras que estuvieron inmersas en una solución purgada con aire, es decir, soluciones electrolito con mayor presencia de oxígeno disuelto. Se observó una reducción promedio de densidad de fotocorriente de -15 mA cm-2 a -3 mA cm-2 al finalizar los ensayos de largo plazo lo cual se atribuye a la formación de óxidos en la superficie de la muestra.
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Estudio comparativo de la capacidad de adsorción de Cadmio utilizando carbones activados preparados a partir de semillas de aguaje y de aceituna
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-11-10) Obregón Valencia, Daniel Cristopher; Sun Kuo, María del Rosario
El presente trabajo de investigación se centró en el estudio de la adsorción del ión cadmio, que es un metal pesado muy tóxico aún a bajas concentraciones, empleando carbones activados (CA) preparados a partir de semillas de aguaje 8serie AG) y de aceituna (serie AC). El carbón activado se obtuvo mediante una activación química, utilizando ácido fosfórico como agente activante. Se ensayaron tres grados de impregnación distintos: 0,75 ,1 y 1,5 gH3PO4/gPrecursor, y la activación térmica se realizó a tres diferentes La caracterización fisicoquímica de los carbones activados se realizó empleando las técnicas de microscopia electrónica de barrido (SEM), adsorción y desorción de nitrógeno, espectroscopia infrarroja con transformadas de Fourier (FTIR), titulación Boehm y análisis termogravimétrico (ATG). Los resultados de la caracterización indicaron que un aumento de la temperatura de activación de 400 a 600oC produjo una disminución del área superficial principalmente en la zona microporosa. Además, se observó un aumento de la acidez superficial del carbón activado. Esta misma tendencia creciente se determinó en la capacidad de adsorción. Por el contrario, al incrementarse la razón de impregnación en los carbones activados a 600oC, se apreció un incremento del área superficial y una tendencia descendente en la acidez superficial, que también se reflejó en la capacidad de adsorción de estos carbones. Adicionalmente, se pudo apreciar que al aumentar el pH de la solución de 2 a 5, la capacidad de adsorción de cadmio aumenta apreciablemente. Por los resultados obtenidos se puede establecer que la naturaleza del precursor, la temperatura de activación, la razón de impregnación y el pH de la solución fueron las variables con mayor influencia en las propiedades adsorbentes de los CA. Los mejores carbones obtenidos fueron: AG0.75_600 entre los carbones de la serie AG, y AC1_600 para la serie AC. Estos carbones se caracterizaron por tener una alta mesoporosidad (140 y 125 m2.g-1) y acidez superficial (2,43 y 2,37 mmol H+.g-1) lo que favoreció la adsorción de cadmio. Finalmente, todas las isotermas de adsorción presentaron un ajuste predominante con el modelo Redlich-Peterson por medio del cual se pudo determinar que la adsorción del ión cadmio tenía una mayor predominancia a una isoterma tipo Langmuir, esto indicaría que el proceso de adsorción se lleva a cabo en centros activos homogéneos y equivalentes en energía en toda la superficie del carbón.

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