Reducción fotoelectroquímica de nitratos

Abstract

La contaminación por nitratos es un problema ambiental significativo debido a su impacto negativo en la calidad del agua y la salud humana. Además, la producción sostenible de amoníaco sigue siendo un desafío crucial, tradicionalmente abordado por el proceso Haber-Bosch, el cual es altamente demandante en energía y contaminante. En el presente Trabajo de Fin de Máster se desarrollaron sistemas catalíticos basados en Mo₂C y PdIn/TiO₂ para la reducción fotoelectroquímica de nitratos (NO₃⁻). Los catalizadores se caracterizaron mediante adsorción de N₂ (BET), difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Las tintas de los materiales se prepararon dispersando los catalizadores en Nafion y 2-propanol, y aplicándolas sobre electrodos de carbono vítreo. La actividad fotoelectrocatalítica se evaluó mediante voltamperometría cíclica (VC) y cronoamperometría (CA) en NaOH 0,1 M, usando un electrodo reversible de hidrógeno (ERH) como referencia. Los resultados mostraron una capacidad fotocatalítica significativa en presencia de luz y un incremento notable en la corriente con nitratos, confirmando la reducción de nitratos.La combinación de luz y nitratos resultó en la mayor eficiencia catalítica, sugiriendo una interacción cooperativa. Este estudio demuestra que Mo₂C y PdIn/TiO₂ son prometedores para la reducción fotoelectroquímica de nitratos, con aplicaciones potenciales en el tratamiento de aguas y la producción sostenible de amoníaco

Nitrate contamination is a significant environmental problem due to its negative impact on water quality and human health. Furthermore, sustainable ammonia production remains a crucial challenge, traditionally addressed by the Haber-Bosch process, which is highly energy-demanding and polluting.In this present work, catalytic systems based on Mo₂C and PdIn/TiO₂ were developed for the photoelectrochemical reduction of nitrates (NO₃⁻). The catalysts were characterized by nitrogen adsorption (BET), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The material inks were prepared by dispersing the catalysts in Nafion and 2-propanol, and then applying them onto glassy carbon electrodes.The photoelectrocatalytic activity was evaluated using cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) in 0.1 M NaOH, using a reversible hydrogen electrode (RHE) as a reference. The results showed a significant photocatalytic capacity in the presence olight and a notable increase in current with nitrates, confirming the reduction of nitrates. The combination of light and nitrates resulted in the highest catalytic efficiency, suggesting a cooperative interaction. This study demonstrates that Mo₂C and PdIn/TiO₂ are promising for the photoelectrochemical reduction of nitrates, with potential applications in water treatment and sustainable ammonia production.