New strategies in the generation of photocatalytic hydrogen

Abstract

RESUMEN: En el contexto provocado por la situación energética a nivel mundial, el hidrógeno aparece como una buena alternativa como vector energético debido a que su combustión solo produce agua. Actualmente la mayor parte del hidrógeno es producido a través de reformado de vapor de combustibles fósiles. Este proceso requiere altas temperaturas y presiones, lo que conlleva emisiones de CO2 asociadas al consumo energético. La fotocatálisis aparece como una vía para recolectar energía solar y almacenarla como combustible solar. En esta tesis doctoral se han investigado nuevos desarrollos en producción de hidrógeno por fotocatálisis. Está centrada en superar los principales retos de esta tecnología a través de diferentes estrategias. Siguiendo esta premisa, el TiO2 se combinó con óxido de grafeno reducido para mejorar su actividad fotocatalítica. El fotocatalizador sintetizado fue inmovilizado en una membrana polimérica a través de diferentes métodos. Posteriormente se evaluó la producción de hidrógeno de las membranas preparadas. Finalmente, se estudió un sistema compuesto por una molécula imitadora de la [Fe-Fe]-hidrogenasa como catalizador y puntos cuánticos de CdSe o CdTe como fotosensibilizadores.

ABSTRACT: In the current global energy situation, hydrogen appears as a good alternative as energy vector because its combustion only produces water. Nowadays, most of the hydrogen is produced by steam reforming from fossil fuels which requires high temperatures and pressures, and contributes to CO2 emissions. Photocatalysis is a way to harvest the sunlight energy and store it as solar fuel. In this doctoral thesis novel developments in photocatalytic hydrogen production were investigated. It focused on overcoming the main challenges of this technology through different strategies. In this way, TiO2 was doped with reduced graphene oxide to improve its photocatalytic activity. The composite was immobilized on a polymeric membrane by different methods and the resulting materials were evaluated. Finally, a hybrid system composed of a [Fe-Fe]-hydrogenase mimic molecule as catalyst and CdSe or CdTe quantum dots as photosensitizers was investigated.