Comportamiento fotocatalítico de SBA-15 modificado con TiO₂, ZnO y CuO en la producción de hidrógeno
Espinoza-Tapia, Julio César ¹,²* ; Hernández-Hernández, Iris Zuen ¹ ; Barrera-Calva, Enrique ³ ; Falcony-Guajardo, Ciro ² ; Hernández-Pérez, Isaías ⁴ ; Colín-Luna, José Antonio ⁴
¹ UNAM · ENP No. 8 “Miguel E. Schulz” · CDMX, México ² Cinvestav-IPN · Nanociencias y Nanotecnología · CDMX, México ³ UAM-Iztapalapa · Ciencias Básicas e Ingeniería · CDMX, México ⁴ UAM-Azcapotzalco · Ciencias Básicas e Ingeniería · CDMX, México
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Abstract
La disociación fotocatalítica del agua es una ruta limpia y económica para producir hidrógeno. El TiO₂, fotocatalizador clásico, está limitado a la región UV y presenta rápida recombinación electrón-hueco. Incorporar semiconductores (TiO₂, ZnO, CuO) en la matriz mesoporosa SBA-15 puede aumentar los sitios de reacción, mejorar la dispersión y reducir la recombinación por confinamiento. Este trabajo sintetizó y caracterizó SBA-15 modificada por injerto químico con TiO₂, ZnO y CuO en tres relaciones molares (SiO₂/M = 0.5, 1, 2), evaluando su actividad fotocatalítica en la producción de H₂ usando glicerol como molécula sacrificio. La SBA-15 se preparó por autoensamblaje con Pluronic P123, tratamiento hidrotermal y calcinación; la incorporación metálica se realizó por injerto químico en etanol. Las muestras (SBAY(X), Y=Ti/Zn/Cu) se caracterizaron por XRD, fisisorción de N₂, UV-DRS, Raman y SEM. La fotocatálisis se evaluó en reactor de cuarzo con lámpara UV (365 nm), glicerol al 10%, H₂O₂, dos valores de pH (7 y 12.5), monitoreando por UV-Vis y confirmando H₂ por prueba de llama. XRD confirmó el arreglo mesoporoso hexagonal 2D con microtensiones tras la incorporación metálica. Las isotermas fueron Tipo IV con histéresis H1. La SBA-15 pura mostró S_BET=614.2 m²/g y Eg=6.1 eV (inactiva). Al incorporar los metales, el Eg disminuyó a valores útiles: TiO₂ (2.9–3.3 eV), ZnO (2.9–3.1 eV) y especialmente CuO (1.4 eV), activable con luz visible. SBACu presentó los cristales más pequeños (30–35 nm), indicando mejor dispersión, y SBACu(0.5) mostró la mayor actividad fotocatalítica, con menor recombinación electrón-hueco. Se concluye que la incorporación de estos óxidos en SBA-15 reduce el band gap efectivo y mejora la dispersión metálica. El sistema SBACu, único activable con luz visible, logra mineralización total del glicerol en medio alcalino, produciendo H₂ simultáneamente. Esto sienta una base racional para desarrollar fotocatalizadores CuO/SBA-15 activables con luz solar para producción sostenible de hidrógeno.
Keywords: Hidrógeno; SBA-15; Nanopartículas