Desarrollo de redes compuestas por nanofibras duales electrohiladas de TiO₂ y carbón, con potencial aplicación en una celda de combustible microbiana

Propósito y Método del Estudio: Con la intención de contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías para la energía alternativa, en este trabajo se expone un estudio sobre el desarrollo de redes de nanofibras duales de TiO2 y carbón, cuya composición y metodología de formación son estrategias fundamentales para el desarrollo de biopelículas exoelectrogénicas sobre su superficie, lo que favorece el proceso de bioconversión de un sustrato químico a electricidad en una celda de combustible microbiana. Estos nuevos materiales unidimensionales se obtuvieron mediante la técnica de electrospinning dual, seguido de un proceso de calcinado. La caracterización morfológica y estructural se llevó a cabo por Microscopia Electrónica de Barrido de Emisión de Campo (FESEM), Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM), y Microscopia Electrónica de Barrido-Transmisión (STEM); la composición química y cristalográfica de las redes se determinó por Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos X (EDXS), Difracción de Rayos X (XRD) y Difracción de Electrones de Área Selecta (SAED); mientras que por Voltametría Cíclica (CV) y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) se realizó la caracterización electroquímica; por último la aplicación de los materiales como ánodos en una celda de combustible microbiana se evaluó mediante Cronoamperometría. Contribuciones y Conclusiones: Se logró diseñar y armar un equipo de electrospinning y al realizar una modificación al spinneret convencional, fue posible obtener nanofibras duales, esta configuración de nanofibras duales de bicomponente asegura un buen contacto entre las nanofibras individuales de TiO2-carbón y las nanofibras de carbón, ambas obtenidas en un solo paso de síntesis y de manera in-situ, lo cual conlleva a una optimización en el proceso. Las nanofibras duales favorecen los procesos de transferencia de carga, sobre las nanofibras simples; siendo la nanofibra de TiO2(rutilo)- C(semi-grafito)/C(semi-grafito) la más efectiva para ese propósito misma que presentó un valor de conductividad electrónica de 4.75x10-2 S, además se comprobó la biocompatiblidad de estos nanomateriales con el desarrollo de biopelículas de Escherichia coli K12 sobre su superficie y produce densidades de corriente de 17.7 mA/g. Por lo anterior, es posible que este tipo de materiales, como las nanofibras duales de TiO2 y carbón sean prometedoras para su aplicación como electrodos en dispositivos para el almacenamiento y conversión de energía, de manera particular en celdas de combustible microbianas, no solo por su morfología nanométrica unidimensional, sino porque se favorece el flujo de los electrones entre los dos materiales a esas dimensiones

Producción de bioelectricidad utilizando nanofibras duales de TiO2/carbón como electrodo de una celda de combustible microbiana

RESUMEN En este trabajo se presenta el desarrollo de un novedoso material compuesto por redes de nanofibras duales de TiO2(rutilo)-C(semigrafito)/C(semigrafito), con interesantes características morfológicas y propiedades eléctricas. Los resultados obtenidos de voltamperometría cíclica (CV), espectroscopía de impedancia electroquímica (IES) y conductividad eléctrica demuestran que este material cuenta con las características necesarias para aplicarse como ánodo en una celda de combustible microbiana. La morfología de este material fue comprobada por microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), mientras que la composición química de las nanofibras fue claramente observada por espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDXS), y su análisis cristalográfico se llevó a cabo por difracción de rayos X (DRX) y difracción de electrones de área selecta (SAED). Este material nanoestructurado con alta área superficial es biocompatible y puede hospedar una densa biopelícula de E. coli K12 electroactivadas. El desempeño del electrodo anódcio se evaluó por amperometría, y se generó biocatalíticamente una densidad de corriente de 800 mA/cm2. ABSTRACT In summary, we present a novel material composed of dual nanofibers of TiO2(rutile)-C(semi-graphitic)/C(semi-graphitic) with interesting morphological and electrical properties. Based on the results obtained by cyclic voltammetry (CV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) analyses and electrical conductivity, it was shown that the material is suitable for application as the anodic material in a microbial fuel cell. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM) confirmed the morphology of these materials; while the difference in composition between the fibers forming the dual fibers was clearly observed by Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDXS), and the crystallinity of nanofibers was evident in the results obtained from the X-Ray Diffraction (XRD) and Selected Area Electron Diffraction (SAED) studies. This nanostructured material with high superficial area is biocompatible and can host a dense biofilm of electroactivated E. coli. The anodic electrode performance was evaluated by cronoamperometry. The maximum current density obtained in these conditions was 800 mA/cm2

Biodegradación de los componentes de mayor impacto en la gasolina

El benceno, tolueno, etilbenceno y la mezcla de xilenos (BTEX), junto con éter metil tert-butílico (EMTB) son compuestos orgánicos volátiles, estos junto con el etanol comúnmente son encontrados en sitios contaminados con gasolinas. En este estudio se evaluó la biodegradación de estos contaminantes mediante consorcios microbianos aclimatados a diferentes sustratos (diesel, gasolina, EMTB, pentano y pentano-EMTB) en sistemas aerobios de lote y de biopelícula de flujo continuo. A partir de éste ultimo sistema se lograron los máximos porcentajes de biodegradación que fueron casi de 100% para cada uno de los BTEX y etanol; y de 67.76% para el EMTB, a un tiempo de retención hidráulico de doce horas

Fabrication and characterization of a nanostructured TiO2/In2S3-Sb2S3/CuSCN extremely thin absorber (eta) solar cell

CuSCN extremely thin absorber solar cell. Nanostructured TiO2 deposited by screen printing on an ITO substrate was used as an n-type electrode. An ∼80 nm extremely thin layer of the system In2S3-Sb2S3 deposited by successive ionic layer adsorption and a reaction (silar) method was used as an absorber. The voids were filled with p-type CuSCN and the entire assembly was completed with a gold contact. The solar cell fabricated with this heterostructure showed an energy conversion efficiency of 4.9%, which is a promising result in the development of low cost and simple fabrication of solar cells

Desarrollo de redes compuestas por nanofibras duales electrohiladas de TiO? y carbón, con potencial aplicación en una celda de combustible microbiana.

Tesis (Doctorado en Ciencias con Orientación en Química de los Materiales) UANL, 2013.UANLhttp://www.uanl.mx

Nuevos materiales anódicos para la generación de bioelectricidad en celdas de combustible microbianas

Con la intención de contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías para la energía alternativa, en este trabajo se expone un estudio sobre el desarrollo de redes de nanofibras duales, cuya composición y metodología de formación son estrategias fundamentales para el desarrollo de biopelículas exoelectrogénicas sobre su superficie, lo que favorece el proceso de bioconversión de un sustrato químico a electricidad

Biodegradación de los componentes de mayor impacto en la gasolina

El benceno, tolueno, etilbenceno y la mezcla de xilenos (BTEX), junto con éter metil tert-butílico (EMTB) son compuestos orgánicos volátiles, estos junto con el etanol comúnmente son encontrados en sitios contaminados con gasolinas. En este estudio se evaluó la biodegradación de estos contaminantes mediante consorcios microbianos aclimatados a diferentes sustratos (diesel, gasolina, EMTB, pentano y pentano-EMTB) en sistemas aerobios de lote y de biopelícula de flujo continuo. A partir de éste ultimo sistema se lograron los máximos porcentajes de biodegradación que fueron casi de 100% para cada uno de los BTEX y etanol; y de 67.76% para el EMTB, a un tiempo de retención hidráulico de doce horas