Comportamiento redox y fotocatalítico de sistemas basados en nano-óxidos de titanio y nanoestructuras 2d de óxido de cerio soportado

Abstract

La capacidad del CeO2 para reducirse le confiere una gran aplicabilidad en la síntesis de soportes catalíticos destinados a reacciones de interés medioambiental. Sin embargo, su escasez ha demandado el desarrollo formulaciones que reduzcan al máximo su contenido. Debido a que la catálisis es un fenómeno de superficie, la estrategia empleada con mayor éxito es la de soportarlo sobre otro tipo de elemento más abundante. En este trabajo, se ha llevado este concepto hasta el punto de lograr una dispersión máxima en superficie, obteniendo catalizadores basados en átomos de cerio aislados con propiedades redox incrementadas. Mientras tanto, se ha explorado un nuevo campo de aplicaciones para los sistemas basados en cerio soportado: la fotocatálisis, que encuentra aplicaciones tan relevantes como la generación de hidrógeno verde a partir de reacciones como el wáter splitting o la deshidrogenación de ciertos compuestos como el ácido fórmico. Con el fin de caracterizar los sistemas sintetizados hasta un nivel atómico, se ha hecho uso de algunas de las técnicas más avanzadas de microscopía electrónica de transmisión, en combinación con la elaboración de simulaciones y el cálculo DFT, permitiendo encontrar relaciones entre las nanoestructuras, su composición química y sus propiedades. De esta manera, los estudios contenidos en esta Tesis Doctoral irán dirigidos concretamente al estudio de la nanoestructura y propiedades redox de los sistemas CeO2/YSZ y CeO2/SrTiO3 y al estudio de las propiedades fotocatalíticas de sistemas basados en CeO2/TiO2

The ability of CeO2 to undergo reduction confers great applicability in the synthesis of catalytic supports for environmentally relevant reactions. However, its scarcity has demanded the development of formulations that minimize its content. Since catalysis is a surface phenomenon, the most successful strategy employed is to support it on another more abundant type of element. In this thesis, this concept has been taken to the point of achieving maximum surface dispersion, obtaining catalysts based on isolated cerium atoms with increased redox properties. Meanwhile, a new field of applications for cerium-based supported systems has been explored: photocatalysis, which finds applications as relevant as green hydrogen generation from reactions such as water splitting or the dehydrogenation of certain compounds such as formic acid. In order to characterize the synthesized systems at an atomic level, some of the most advanced techniques in transmission electron microscopy have been used, in combination with simulations and DFT calculations, allowing relationships to be found between nanostructures, their chemical composition, and their properties. In this way, the studies contained in this doctoral thesis will be specifically aimed at the investigation of the nanostructure and redox properties of the CeO2/YSZ and CeO2/SrTiO3 systems, and at the study of the photocatalytic properties of systems based on CeO2/TiO2