DSpace Collection:https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/15082024-03-29T11:52:36Z2024-03-29T11:52:36ZMATERIALES ZnO-GRAFENO AUTOENSAMBLADOS PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍAPerez Zuñiga, Germanhttps://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/53222023-05-18T19:20:26Z2021-12-01T00:00:00ZTitle: MATERIALES ZnO-GRAFENO AUTOENSAMBLADOS PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
Authors: Perez Zuñiga, German
Description: RESUMEN
Se logró el objetivo principal, que es obtener un material compuesto nanoestructurado de óxido de zinc y grafeno oxidado reducido (ZnO-rGO), bajo condiciones hidrotermales y ambientales. Como precursores se utilizó hidróxido de zinc fase épsilon (ε-Zn(OH)2) con tamaño de cristalita controlada y el grafeno oxidado (GO), se obtuvo a partir de la exfoliación de partículas de grafito, utilizando el método de Hummer´s modificado. Los nanocompuestos se obtuvieron a condiciones hidrotermales y ambientales, controlando las otras variables de síntesis; la cantidad de agente ligante (etilendiamina) y el pH. De acuerdo con la caracterización estructural, los resultados de difracción de rayos X (DRX) comprobaron que se obtuvieron las fases esperadas, es decir, ZnO y grafeno oxidado reducido (rGO). Además, el análisis Rietveld de los difractogramas demostró que las variables utilizadas permitieron el control del tamaño de cristalita de las partículas de ZnO entre 30 y 8 nm. De la misma manera, el análisis por microespectroscopía Raman demostró principalmente la cantidad de defectos presentes en ambos materiales de los compuestos. Por otro lado, el análisis termogravimétrico (TGA) permitió calcular el porcentaje de ZnO presente en los compuestos que fue entre 69 a 52 % aproximadamente. Las imágenes por microscopia electrónica de barrido (MEB) y transmisión (STEM) permitieron corroborar la formación del nanocompuesto conformado de nanopartículas de ZnO depositadas sobre las láminas de rGO. Se logró obtener compuestos mesoporosos de hasta 90 m2g-1 de acuerdo con el análisis BET. Los resultados demostraron que las variables utilizadas permitieron obtener compuestos de características controladas, que aseguran una buena conductividad eléctrica, que los haga candidatos para su posible aplicación como ánodo en baterías de iones-litio.2021-12-01T00:00:00ZSINTESIS DE ELECTROCATALIZADORES CON DIFERENTES FORMAS ALOTROPICAS DE CARBONO DOPADAS CON NITROGENO PARA CELDAS DE COMBUSTIBLES TIPO PEMLardizabal Gutierrez, Danielhttps://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/53212023-05-18T18:55:17Z2022-08-01T00:00:00ZTitle: SINTESIS DE ELECTROCATALIZADORES CON DIFERENTES FORMAS ALOTROPICAS DE CARBONO DOPADAS CON NITROGENO PARA CELDAS DE COMBUSTIBLES TIPO PEM
Authors: Lardizabal Gutierrez, Daniel
Description: Resumen
La síntesis de electrocatalizadores a partir de compuestos carbonosos dopados con nitrógeno surgió en el 2009 con los trabajos de Dai y colaboradores, con la finalidad de sustituir el platino usado en celdas de combustible debido a sus escases y elevado precio. Los estudios en esta rama se han intensificado notoriamente enfocándose inicialmente en el dopado de nanotubos de carbono, grafenos y más recientemente en otros derivados de carbono obtenido de biomasa y compuestos orgánicos pirolizados. El objetivo principal de este estudio fue el sintetizar electrocatalizadores base carbón dopados con nitrógeno. Se seleccionaron tres diferentes formas alotrópicas del carbono como los nanotubos de carbono multipared, el grafito mecánicamente exfoliado (grafenos) y carbón semicristalino obtenido de fibras poliméricas con tratamientos de pirólisis y activación. Se verificó la presencia de estructuras con enlaces grafíticos con alto ordenamiento, en los casos de nanotubos de carbono y grafitos exfoliados mediante las técnicas de caracterización de difracción de rayos X (XRD), espectrometría Raman, microscopia electrónica de transmisión y de barrido (TEM, SEM). Los nanotubos de carbono obtenidos son del tipo de pared múltiple. Por lo que respecta a la síntesis del grafito este logra exfoliarse alcanzando áreas de 65 m2/g obteniendo empaquetamientos de hasta 10 capas. El dopado de los nanotubos se realizó utilizando dos precursores nitrogenantes como lo son el amoniaco y acetonitrilo, el grafito exfoliado se dopó con urea y en el caso de las fibras poliméricas el dopado provino de la misma estructura de las aramidas, las cuales contienen nitrógeno. Esta inserción de nitrógeno en la red cristalina se verifico con los estudios de análisis elemental y espectrometría de rayos X (XPS). Los resultados de la evaluación electroquímica mediante Voltametría cíclica (VC) y Voltametría lineal (VL) con electrodo de Disco Rotatorio (RDE) para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) indican que todos los materiales sintetizados tienen actividad, siendo las fibras pirolizadas y activadas las de mejor desempeño, con un 71%, al compararse con una muestra comercial de carbón tipo vulcan con 20% de platino. Estos resultados enseñan que es posible sintetizar electrocatalizadores dopados con nitrógeno libres de metales utilizando precursores y metodologías de menor costo. Otro punto interesante observado, es que el alto ordenamiento en las estructuras grafíticas presentes en el grafito exfoliado y nanotubos de carbono no contribuye substancialmente al desempeño en la actividad de la ORR. Este estudio también presenta los posibles mecanismos en la pirólisis de las fibras poliméricas apoyado con cálculos termodinámicos de las posibles reacciones en el proceso. Se aporta una teoría donde se intenta explicar la posible interacción del nitrógeno en la red grafítica en su actuar como electrocatalizador, basado en dos premisas teóricas como lo son el efecto túnel y la inversión del nitrógeno.2022-08-01T00:00:00ZESTUDIO DE CATALIZADORES NiMoW/Zr-SBA-15 PARA SER APLICADOS A HIDRODESULFURACIÓNGarcia Ramos, Diego Alejandro%592802https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/53142023-05-18T18:44:25Z2021-05-01T00:00:00ZTitle: ESTUDIO DE CATALIZADORES NiMoW/Zr-SBA-15 PARA SER APLICADOS A HIDRODESULFURACIÓN
Authors: Garcia Ramos, Diego Alejandro%592802
Description: RESUMEN
Una serie de catalizadores de NiMoW/Zr-SBA-15 se prepararon utilizando el método
sol-gel mediante la inserción de circonio (Zr) vía directa (in-situ) variando la relación molar
teórica Zr/Si= 0.02, 0.03, 0.04, 0.06, 0.07 y 0.09. Para promover la simetría octaédrica de estos
materiales, la impregnación de la solución de Ni/(Ni+Mo+W) =0.3 se llevó a cabo a pH neutro
a través del método de impregnación por humedad incipiente consecutivo de las sales de nitrato
de níquel hexahidratado, heptamolibdato de amonio y metatungstato de amonio empleando
ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) como agente quelante en relación molar teórica Ni:
EDTA=1:1.
La caracterización de los materiales se llevó a cabo mediante las siguientes técnicas:
Difracción de Rayos X (XRD) a ángulo bajo y amplio, Fisisorción de Nitrógeno (BET),
Parámetro de Espesor de Pared (δ), Análisis Termogravimétrico – Termogravimetría Derivativa
(TGA-DTG), Espectroscopia de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia
de Infrarrojo por Transformada de Fourier de Piridina Adsorbida (FTIR-Pyr), Espectroscopia
de Energía Dispersiva de Rayos X (EDS), Microscopia Electrónica de Barrido (SEM),
Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM), Absorción Atómica (AA), Espectroscopia de
Fotoelectrones Emitidos por Rayos X (XPS), Espectroscopia de Reflectancia Difusa en la región
Ultravioleta - Visible (DRS UV-Vis) y Espectroscopia Raman.
El soporte ZS09 permite inferir que sea inadecuado para llevar a cabo Procesos de HDS
debido a su incongruencia en las propiedades estructurales, texturales y morfología.
El incremento en la relación molar teórica Zr/Si es proporcional al incremento en la
distancia interplanar e inversamente proporcional a la disminución de las propiedades texturales.
Las isotermas de adsorción de tipo IV junto a una histéresis de tipo H1 se ilustraron para todos
los catalizadores NiMoW con y sin agente quelante. El efecto de la adición de EDTA a pH
neutro en catalizadores NiMo/ZS06, NiMo/ZS07 y NiMoW/ZS07 se mostró significativo en
vista del aumento de alrededor 27% en el valor del área específica respecto a los catalizadores
NiMo/ZS06, NiMo/ZS07 y NiMoW/ZS07 sin aditivo aunado a la reducibilidad de las especies
de níquel y molibdeno.
En el soporte ZS06 se mostró una considerable acidez de tipo Lewis (617 μmol pyr/g)
con respecto al SBA-15 (1 μmol pyr/g) hasta 400 °C, por el cual, la relación molar teórica Zr/Si=
0.06, por tanto, se contempla de relevancia ya que la acidez de Lewis en soportes de HDS mejora
considerablemente la acidez superficial de los catalizadores. Asimismo, un mayor contenido de
circonio aumenta el número de sitios protónicos de los catalizadores, lo que, a su vez, mejora el
comportamiento de sitios ácidos tipo Brönsted de su superficie e induce la formación de más
sitios de superficie ácidos.
Los catalizadores bimetálicos y trimetálicos fueron caracterizados en cada etapa de
preparación (secado y calcinación). Los resultados mostraron que la adición de EDTA influye
en la naturaleza de las especies formadas de Ni, Mo y W.
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La relación atómica teórica Ni / (Ni+Mo+W) = 0.3 se cumplió para todos los
catalizadores excepto en los catalizadores NiMoW/ZS09 vinculado al reacomodo mayoritario
de las especies de NiMoW dentro de los mesoporos relativo a la disminución insignificante del
área y volumen microporoso.
En el caso de los catalizadores bimetálico NiW y trimetálico NiMoW soportados sobre
ZS07, el EDTA resulta en una buena dispersión de las especies de Ni2+ y W con simetría
octaédrica y en consecuencia una mejor deposición de las especies W12O40
8-
en el estado óxido.
Finalmente, la influencia de EDTA a pH neutro promueve a una baja interacción entre Ni2+
-
soporte, por ende, se sugiere que presente una considerable dispersión de fase activa sobre el
soporte y alcance una significativa actividad catalítica enfocado a Procesos de HDS. Sin
embargo, la formación de las especies de MoO3 y WO3 se mostró en los catalizadores
trimetálicos NiMoW.2021-05-01T00:00:00ZSíntesis y caracterización de películas a base CNF (Nanofibra de Celulosa) incorporadas con nanopartículas metálicasMacclesh del Pino Perez, Luis Alejandro.https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/51302023-05-18T19:03:14Z2021-06-11T00:00:00ZTitle: Síntesis y caracterización de películas a base CNF (Nanofibra de Celulosa) incorporadas con nanopartículas metálicas
Authors: Macclesh del Pino Perez, Luis Alejandro.
Description: En el presente trabajo de investigación fue implementado la celulosa, uno de los biopolímeros más abundantes de planeta, del cual existen una gran cantidad de trabajos documentados sobre su extracción, de tal manera que sea amigable con el medio ambiente. Por lo anterior mencionado, este material ha sido y es de gran interés por la comunidad científica debido al amplio campo de aplicación que esta posee. Además, que, la imperiosa necesidad del uso de materiales biodegradables refuerza el interés en la celulosa y sus macro y nano derivados, se tiene documentación de las propiedades mecánicas, térmicas, ópticas y conductivas de los materiales provenientes de la nanocelulosa. Las nanofibras de celulosa (CNF) un material que ha tenido una gran cantidad de usos y aplicaciones científicas. Por lo que en este trabajo se propone el uso como recubrimientos de electrodos, con la finalidad de ser utilizadas en el almacenamiento de energía; implementando una matriz de celulosa como soporte de nanoestructurados de plata. Estos nanoestructurados de Ag/AgCl poseen una forma geométrica definida (cúbica), dichos materiales nanoestructurados fueron sintetizados de manera in situ, preparando materiales con diverso contenido en la matriz de CNF (1%, 5%, 10% 15% y 20%). Este proceso de síntesis presenta una gran oportunidad, puesto que el proceso de sintetizar nanoestructurados de Ag/AgCl es complejo y con muchos parámetros que influyen en su formación. En este trabajo se logró sintetizar las CNF junto a los nanoestructurados de Ag/AgCl los cuales por el método de reacción (TEMPO oxidación) se anclaron en sitios activos específicos, logrando una homogeneidad en la matriz de celulosa. Teniendo como resultado películas que, no solo están formadas por nanocubos de Ag/AgCl, sino que, los análisis de impedancia demostraron que, presentan excelentes propiedades conductoras, al poseer bajas resistencias, y de capacitancias doble capa considerables, pese a que su mayor constitución es orgánica. Sin embargo, las películas no solo presentaron propiedades de un semiconductor, también presentaron foto actividad, presentando un denominado esquema Z, dicho esquema representa el movimiento de los electrones en un material semiconductor constituido por dos especies con diferente ancho de banda prohibida, siendo en este caso coexistencia de Ag/AgCl, sin presentar contribuciones negativas por parte de la matriz de CNF. En las siguientes páginas se expone los estudios realizados a dichas películas, lo cuales nos llevaron a la conclusión de que la estructura cristalina y química (elemental) del material, y de los enlaces que intervienen para considerar la formación de Ag/AgCl, pero más importante las propiedades resultantes de la sinergia entre las propiedades ópticas y eléctricas del nanoestructurado metálico y la capacidad como soporte orgánico de las CNF.2021-06-11T00:00:00Z