Advanced semiconductors for photo-electrocatalytic solar fuel production

Abstract

Uno de los retos actuales de la ciencia y la tecnología es el desarrollo y utilización de fuentes de energías limpias, sostenibles y seguras, con el fin de sustituir el uso de combustibles fósiles. La energía solar, única alternativa viable, puede convertirse y almacenarse en forma de enlaces moleculares, mimetizando el proceso de fotosíntesis de las plantas, para la obtención de combustibles u otros productos de valor añadido. Para ello se requieren materiales semiconductores que puedan absorber y transformar la energía solar en energía química de manera eficiente. En la presente tesis doctoral se abordó el estudio de materiales semiconductores empleados en la obtención fotoelectrocatalítica de combustibles solares. Dicha investigación se realizó desde diferentes enfoques, que inlcuyen: la modificación de fotoelectrodos con recubrimientos catalíticos obtenidos a partir de marcos metal-orgánicos; la implementación de un nuevo método para la comprensión de los mecanismos de operación de fotoelectrodos; la integración de dispositivos electrocatalíticos y fotovoltaicos; y la evaluación y establecimiento de nuevos sistemas con potencial aplicación en procesos foto-electrocatalíticos.

The development and use of clean, sustainable and safe energy sources, in order to substitute the use of fossil fuels, is a current challenge of science and technology. Solar energy, the only viable alternative, can be converted and stored in the form of molecular bonds, mimicking the photosynthesis process in green plants, to obtain fuels or other added-value products. This process requires semiconductor materials that can efficiently harvest and transform solar into chemical energy. In the present doctoral thesis, the study of semiconductor materials for photo-electrocatalytic applications was addressed from different approaches. That includes: the modification of photoelectrodes with catalytic coatings, obtained from a metal-organic framework; the implementation of a new method for the understanding of the photoelectrodes operating mechanisms; the integration of electrocatalytic and photovoltaic devices from Earth-abundant materials; and, finally, the investigation of new systems with potential application in photo-electrocatalytic processes. (Signatura