En las rutas de síntesis para obtener hidrógeno destacan aquellas que emplean la radiación electromagnética como una fuente de energía mediante la cual se puede proporcionar un ∆G° de 237 KJ/mol como mínimo necesario para que éste se produzca a partir de H2O. Cuando esta reacción se realiza con la mediación de un semiconductor que es capaz de “capturar” la energía de la radiación para generar especies (cargas) que pueden actuar sobre las moléculas de agua y conducir una reacción redox en la que los productos de la misma son H2 y O2, se tiene lo que se conoce como una reacción de fotólisis asistida por un semiconductor o una fotolectrólisis asistida. En esta mediación destacan los óxidos de titanio, que en estructura de rutilo y otras fases más complejas pueden conseguir este proceso (destacadamente los pirocloros y bronces) utilizando radiación en la región del ultravioleta (efecto Honda-Fujishima)[Fujishima, A. 1972]. Para realizar este este proceso son muchas las estructuras tipo de óxidos simples y complejos que han sido Propuestos. De acuerdo con los valores de la brecha óptica, los semiconductores que están en mejores posibilidades de asistir en esta fotorreacción son: ZrO2, Ta2O5, KTaO3, SrTiO3, TiO2, ZnS, CdS, CdSe, GaP, CSi, MoS2, que presentan valores de brecha óptica tales, que son capaces de reducir al H+ y oxidar a la molécula de H2O para producir H2 y O2 en los respectivos fotoelectrodos [Kudo, A. 2009]. Existen, sin embargo, razones por las que estos sistemas se distinguen en sus factibilidades, la más importante de éstas está asociada con lo que se conoce como eficiencia cuántica de la conversión [Chen, X. 2010]. Aquí las eficiencias mejor logradas van de 0.01% y hasta el 56 % (NaTaO3). Entre los sistemas complejos a base de óxidos, los de Ti y de Ta se han destacado por presentar valores de brecha óptica en excelente sintonía con los requerimientos de la reacción redox para descomponer agua y con muy variados valores de eficiencia cuántica. Cabe también destacar que entre las estructuras cristalinas más versátiles para poder incorporar a estos cationes y modificar, con dopantes, la estructura electrónica de estos semiconductores, están aquellas conocidas como estructuras del tipo Ruddlesden-Popper (R-P), que básicamente estarían constituidas por apilamientos de láminas de octaedros [MO6] de los metales que comparten las esquinas y que están separados entre sí por capas con estructura de sal de roca y/o subestructuras de tipo fluorita (esto depende del número de láminas de octaedros que uno desea apilar); también se conocen como apilamientos de perovskitas. De hecho, la estructura más eficiente en la reacción de fotoconversion de agua es NaTaO3, que se puede considerar como un apilamiento infinito de estructuras tipo perovskita. Estas estructuras del tipo (R-P) son de tal versatilidad que alrededor del 90 % de los elementos se han conseguido incorporar en compuestos que pertenezcan a esta serie estructural. _x000D_ Con base en lo exteriormente expuesto, los óxidos complejos con estructura del tipo R-P, representan la mejor opción de búsqueda para “sintonizar” la fotodescomposición asistida de agua. Ya en esta serie de compuestos, los de tántalo tienen una estabilidad química, térmica y estructural que los hace mejores candidatos que los de Ti y Nb. Como puede leerse en el inciso 2 de este proyecto, son muchos los factores que han de optimizarse para obtener un buen fotocatalizador. La idea de la propuesta que se presenta es incidir en la investigación de una estructura que hemos probado factible

Contribución del proyecto._x000D_ _x000D_ Las propuestas que se hacen para la realización de este proyecto inciden de manera muy directa en los siguientes elementos a resolver y que son parte importante en el desempeño de los fotocatalizadores para la ruptura de H2O. _x000D_ a) En el caso de los sistemas de Ruddlesden-Popper a base de óxido de Ti, en los que el número de capas laminares de octaedros [TiO6] puede ser elegido, se tiene la observación, con base en cálculos DFT (teoría de funcionales de la densidad), de que el papel que juegan los cationes de las tierras raras es solamente el de “testigo mudos” y que no tienen la posibilidad de modificar, ni la estructura electrónica ni el valor de la brecha óptica en estos materiales. Mediante la realización de este proyecto, pretendemos mostrar que esta premisa no es válida para los tantalatos (aquí los cálculos DFT se complican por la presencia de orbitales 5d de Ta) y que dada la extensión espacial de los orbitales 5d, se modificará el valor de la brecha energética y se favorecerá la absorción de radiación en intervalos próximos al visible._x000D_ _x000D_ b) Otra posible contribución de este proyecto está encaminada hacia una aportación con respecto al papel que desempeñan cocatalizadores como NiOx y RuOx cuando estos pueden ser incorporados en estructuras nanoestructuradas como aquella mostrada por el mineral haloysita._x000D_ _x000D_ c) Se espera conseguir la síntesis de un par de compuestos nuevos en la familia de tantalatos y reportar la caracterización química y estructural._x000D_ _x000D_ d) Se adquirirá experiencia en la síntesis de fases mesoporosas de óxidos difícilmente modificables como Ta2O5. Y se hará una caracterización cristalina y textural de sistemas que parecen ser cada vez más comunes, tanto como soportes catalíticos como catalizadores mismos. _x000D_ _x000D_ El proyecto que aquí se presenta constituye el tema central de trabajo de nuestro laboratorio; en él trabajan ahora 5 estudiantes de nivel licenciatura, 1 de nivel maestría y 2 más de doctorado en sistemas de tantalatos. Así, los tantalatos tienen la atención central en nuestro laboratorio y la experiencia y formación de estudiantes en la caracterización de materiales novedosos y potencialmente importantes para la producción de combustibles alternativos es ya una incursión importante en su trayectoria de formación profesional. Así, aquellos de licenciatura tendrán recursos para la resolución de problemas muy actuales y los de posgrado estarán incidiendo en un tema de investigación muy dinámico, como es aquel que refiere a la producción de materiales para la consecución de reacciones mediante fotoquímica asistida. La inserción en esta clase de proyectos y el involucramiento de los estudiantes constituye ya un avance importante._x000D_