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

摘要

Propósito y Método del Estudio: Con la intención de contribuir al desarrollo de nuevasudtecnologías para la energía alternativa, en este trabajo se expone un estudio sobre eluddesarrollo de redes de nanofibras duales de TiO2 y carbón, cuya composición yudmetodología de formación son estrategias fundamentales para el desarrollo deudbiopelículas exoelectrogénicas sobre su superficie, lo que favorece el proceso deudbioconversión de un sustrato químico a electricidad en una celda de combustibleudmicrobiana. Estos nuevos materiales unidimensionales se obtuvieron mediante laudtécnica de electrospinning dual, seguido de un proceso de calcinado. La caracterizaciónudmorfológica y estructural se llevó a cabo por Microscopia Electrónica de Barrido deudEmisión de Campo (FESEM), Microscopia Electrónica de Transmisión (TEM), yudMicroscopia Electrónica de Barrido-Transmisión (STEM); la composición química yudcristalográfica de las redes se determinó por Espectroscopia de Energía Dispersiva deudRayos X (EDXS), Difracción de Rayos X (XRD) y Difracción de Electrones de ÁreaudSelecta (SAED); mientras que por Voltametría Cíclica (CV) y Espectroscopia deudImpedancia Electroquímica (EIS) se realizó la caracterización electroquímica; por últimoudla aplicación de los materiales como ánodos en una celda de combustible microbiana seudevaluó mediante Cronoamperometría.udContribuciones y Conclusiones: Se logró diseñar y armar un equipo de electrospinning y aludrealizar una modificación al spinneret convencional, fue posible obtener nanofibrasudduales, esta configuración de nanofibras duales de bicomponente asegura un buenudcontacto entre las nanofibras individuales de TiO2-carbón y las nanofibras de carbón,udambas obtenidas en un solo paso de síntesis y de manera in-situ, lo cual conlleva a unaudoptimización en el proceso. Las nanofibras duales favorecen los procesos deudtransferencia de carga, sobre las nanofibras simples; siendo la nanofibra de TiO2(rutilo)-udC(semi-grafito)/C(semi-grafito) la más efectiva para ese propósito misma que presentó un valorudde conductividad electrónica de 4.75x10-2udS, además se comprobó la biocompatiblidadudde estos nanomateriales con el desarrollo de biopelículas de Escherichia coli K12 sobreudsu superficie y produce densidades de corriente de 17.7 mA/g. Por lo anterior, esudposible que este tipo de materiales, como las nanofibras duales de TiO2 y carbón seanudprometedoras para su aplicación como electrodos en dispositivos para eludalmacenamiento y conversión de energía, de manera particular en celdas deudcombustible microbianas, no solo por su morfología nanométrica unidimensional, sinoudporque se favorece el flujo de los electrones entre los dos materiales a esasuddimensiones.