Earth abundant based nanostructured catalysts for CO2 reduction

La reducció electro-, foto- i fotoelectroquímica del CO2 impulsada per energies renovables està sorgint com a alternativa a tecnologies convencionals de transformació del CO2. No obstant, encara es requereixen catalitzadors eficients i estables lliures d'elements tòxics o poc abundants. En aquest context, l’objectiu d’aquest treball és el desenvolupament de sistemes nanoestructurats basats en elements d’alta abundància terrestre, en concret en punts quàntics de carboni (Carbon Dots, CDs) o en òxids metàl·lics semiconductors. Aquests s’han usat com a electrocatalitzadors intrínsecs o com a suports fotoactius per la porfirina de ferro (III), un dels millors catalitzadors moleculars per a la reducció del CO2 a CO. Per una banda, s’han sintetitzat CDs nus o dopats amb metalls de transició per síntesi solvotermal. No obstant, la complexitat de la purificació dels CDs obtinguts i la seva limitada capacitat com a lligands d’ions metàl·lics ha restringit el seu ús com a electrocatalitzadors. Per altra banda, CDs sintetitzats per microones rics en grups amino s’han funcionalitzat covalentment amb una porfirina de ferro (III). L’activitat foto- i fotoelectrocatalítica de l’híbrid s’ha avaluat en solvent orgànic, tot determinant que els CDs no són bons fotosensibilitzadors per la porfirina de ferro (III) però si que en milloren l’estabilitat en condicions fotoelectrocatalítiques. Finalment, els semiconductors TiO2 o SnO2 ,en forma de capa mesoporosa, s’han emprat com a suports per a dues variants de la porfirina de ferro (III). Els fotocàtodes resultants de TiO2 són 100% selectius per la reducció fotoelectroquímica del CO2 a CO, tot i que mesures espectroscòpiques d’absorbància transitòria han revelat que processos de recombinació d’electrons en limiten l’eficiència. Tanmateix, la irradiació no afecta el comportament dels híbrids de SnO2, que també són selectius per CO. En conclusió, ambicionem que aquesta tesi sigui de suport per a futures investigacions en nanomaterials híbrids per a tecnologies emergents de reducció del CO2.