Estudio de la electrodeposición de sulfuros de cobre para la fabricación de fotocátodos para la hidrólisis de agua en una celda fotoelectroquímica

Abstract

El uso extensivo de combustibles fósiles ha provocado un nivel de emisiones de dióxido de carbono que contribuyen significativamente al fenómeno del cambio climático. Por lo que es necesario un cambio de combustibles por otros alternativos que reduzcan las emisiones. Una alternativa que se ha gestado desde hace un tiempo es la producción electrolítica de hidrógeno, dada su alta densidad energética másica y las nulas emisiones de CO2 generadas por su uso. Para alcanzar una disminución efectiva de las emisión es necesaria la producción electrolítica que haga uso de las energías renovables. Dado el alto potencial y desarrollo de la energía solar en el mundo se estudia un proceso innovador en el cual el electrolizador que produce el hidrógeno, en conjunto a paneles solares, captan la luz solar mediante los materiales que componen sus electrodos, llevando a cabo el proceso de fotoelectrólisis, el cual tiene una potencialidad de ser más eficiente que la electrólisis convencional acoplada a paneles solares. Los materiales que hacen posible este procesos son semiconductores, los cuales están bajo extensa investigación para poder fabricar fotoelectrodos eficientes y económicamente accesibles. El objetivo de este trabajo fue sintetizar un sulfuro de cobre mediante electrodeposición, el cual se utilizaría como fotocátodo para llevar a cabo la reacción de evolución de hidrógeno. La electrodeposición se llevó a cabo en distintos sustratos y se variaron diversos parámetros de síntesis y de un posterior tratamiento térmico que permitieran entregar el depósito más fotoactivo. Se consiguió formar un depósito en los distintos sustratos escogiendo el sustrato de vidrio recubierto con FTO. Variando los distintos parámetros se fijó un potencial de deposición en -875 [mV] vs la referencia de Ag|AgCl (KCl 3 [M]). Se trabajó a un pH de solución de 5, para disminuir la evolución de hidrógeno. No se obtuvo mejoras variando los otros parámetros de concentraciones, tiempo y temperatura de síntesis. No se logró obtener un depósito fotoactivo, independiente de la temperatura a la que se trataran térmicamente los depósitos. Ante esto se debería trabajar en un pH más ácido, estudiando nuevamente ciertos parámetros como el potencial y la concentración de los reactivos. Análisis de caracterización de EDS y XRD son recomendados para tener una verificación de las condiciones apropiadas de síntesis y del tratamiento térmico, de manera que se logre afirmar una composición de elementos adecuada en el depósito.