Resumen
La presente Tesis Doctoral se centra en la síntesis, caracterización y
optimización de nanoestructuras de óxido de wolframio (WO3) y
nanoestructuras híbridas de WO3-MoO3 mediante anodizado
electroquímico. Estas nanoestructuras se emplean como fotocatalizadores
para la degradación de contaminantes y como ánodos para baterías de ion
de litio.
El WO3 destaca por sus propiedades semiconductoras, ópticas y eléctricas
excepcionales. En aplicaciones medioambiental, las nanoestructuras de WO3
son de gran interés para la fotoelectrocatalisis, un proceso prometedor para
la degradación de contaminantes en el agua. El WO3 destaca como
fotoánodo debido a su fotoestabilidad, alta conductividad eléctrica y
capacidad de absorción de la luz visible. En el campo energético, el WO3
muestra un gran potencial como ánodo en baterías de ion de litio ya que su
estructura cristalina permite la inserción y extracción eficiente de iones de
litio, mejorando la capacidad de almacenamiento y la durabilidad de las
baterías gracias a su estabilidad electroquímica.
Para mejorar las nanoestructuras de WO3, se ha estudiado su combinación
con óxido de molibdeno (MoO3). El molibdeno, con propiedades químicas y
estructurales similares al wolframio, facilita la deposición efectiva en las
nanoestructuras de WO3, ajusta el ancho de banda prohibida, mejora la
conductividad, la difusión iónica y reduce la recombinación de portadores de
carga. Esta combinación de óxidos resulta en una mayor eficiencia
electroquímica, haciendo de las nanoestructuras híbridas WO3-MoO3 una
solución prometedora para aplicaciones energéticas.
En primer lugar, se sintetizaron las nanoestructuras de WO3, estudiando la
influencia de la temperatura de calentamiento tras la síntesis y la adición de
disolventes en el electrolito de síntesis. La temperatura óptima fue de 600
°C, obteniendo nanoestructuras cristalinas con excelentes propiedades
fotoelectroquímicas. Además, se demuestra que la incorporación de
disolventes en el electrolito de síntesis influye significativamente en las propiedades de las nanoestructuras, obteniendo que la adición de un 50 %
de isopropanol en el electrolito mejora notablemente sus propiedades
electroquímicas.
En segundo lugar, se sintetizaron nanoestructuras híbridas de WO3-
MoO3·añadiendo diferentes concentraciones de molibdato al electrolito de
síntesis. La concentración de 0,1 M de molibdato produjo nanoestructuras
con propiedades electroquímicas superiores, destacándolas como
prometedoras para su uso como ánodo en baterías.
Las nanoestructuras fueron exhaustivamente caracterizadas morfológica,
estructural, química, electroquímica y fotoelectroquímicamente.
Por último, las nanoestructuras con mejores propiedades
fotoelectroquímicas y electroquímicas se emplearon como ánodo en
aplicaciones medioambientales y energéticas, respectivamente.
En el ámbito medioambiental, se evaluó la eficiencia de las nanoestructuras
en la degradación de disruptores endocrinos pertenecientes a diferentes
familias químicas, así como sus mezclas y su toxicidad. Las nanoestructuras
de WO3 demostraron ser efectivas, logrando una degradación del 100 % de
pesticidas, parabenos y fenoles en menos de 4 horas. Sin embargo, la técnica
no fue eficiente para eliminar ftalatos, generando productos finales más
tóxicos.
En el ámbito energético, se estudió el rendimiento de las nanoestructuras
como ánodos en baterías de ion de litio, considerando también el impacto
del electrolito. La nanoestructura híbrida WO3-MoO3 mostró el mejor
rendimiento cuando se utilizó un electrolito que combinaba bisoxalato
borato de litio (LiBOB) con aditivos y solventes adicionales.
Este trabajo ofrece una contribución significativa al desarrollo de soluciones
sostenibles para problemas medioambientales y energéticos, subrayando el
potencial de las nanoestructuras de WO3 y WO3-MoO3.
