Síntesis y Caracterización de Heterouniones de Nanomateriales 1D@2D y 2D@2D Decoradas con Nanopartículas (0D) para Aplicaciones Fotocatalíticas en Generación de Hidrógeno y Degradación de Contaminantes Utilizando Luz Visible

Abstract

El deterioro ambiental y la crisis energética global demandan el desarrollo de tecnologías sostenibles capaces de generar energía limpia y degradar contaminantes emergentes. En este contexto, la fotocatálisis heterogénea se presenta como una alternativa prometedora para la producción de hidrógeno solar (H2) y la degradación simultánea de compuestos orgánicos. Sin embargo, los fotocatalizadores convencionales presentan limitaciones asociadas a la escasa absorción de luz visible y a la rápida recombinación de pares electrón-hueco, por lo que el desafío fundamental es sintetizar compuestos o compósitos que trasciendan esta rápida recombinación. En esta investigación se diseñaron, sintetizaron y evaluaron heterouniones semiconductoras basadas en La2Ti2O7, CeO2, BiOBr y BiOCl, modificadas con nanopartículas metálicas (Au, Ag) para optimizar su eficiencia fotocatalítica como propuesta de compósitos que resolverían estas limitaciones. Los materiales y/o sus heterounión (HJ) se obtuvieron mediante métodos hidrotermales y solvotermales controlados, sintetizando heteroestructuras con acoplamiento interfacial y optimizadas que evidencian sinergia para la eficiencia fotocatalítica del compósito. Los resultados de los experimentos mostraron que se logró una buena eliminación de colorantes orgánicos (como Rodamina B, Azul de Metileno y Violeta de Cristal) y de contaminantes farmacéuticos (como sulfadiazina y acetaminofén), manteniendo una alta estabilidad después de varios ciclos de uso. De manera simultánea, las HJs exhibieron una producción sobresaliente de H2, superando ampliamente el desempeño de los semiconductores prístinos. El rendimiento realzado observado se atribuye a la conjugación de los siguientes factores físicos: el efecto plasmónico de las nanopartículas metálicas, la alineación energética favorable de las bandas de los semiconductores y la transferencia interfacial eficiente de portadores de carga. Estos factores promueven tanto la reducción del agua como la oxidación de contaminantes orgánicos. En conjunto, los resultados consolidan la propuesta de heterouniones formadas por semiconductores de diferentes morfologías (1D y 2D), decoradas con nanopartículas de metales nobles, como una plataforma multifuncional y sostenible con alto potencial para aplicaciones integradas en purificación de agua y generación de energía limpia, contribuyendo al cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU (ODS 6, 7 y 13).