ES2937334B2 - GRAPHENE OXIDE PHOTOCATALYSTS AND SEMICONDUCTOR - Google Patents

GRAPHENE OXIDE PHOTOCATALYSTS AND SEMICONDUCTOR Download PDF

Info

Publication number
ES2937334B2
ES2937334B2 ES202130897A ES202130897A ES2937334B2 ES 2937334 B2 ES2937334 B2 ES 2937334B2 ES 202130897 A ES202130897 A ES 202130897A ES 202130897 A ES202130897 A ES 202130897A ES 2937334 B2 ES2937334 B2 ES 2937334B2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
rgo
nanoplatelets
photocatalyst
semiconductor
graphene oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES202130897A
Other languages
Spanish (es)
Other versions
ES2937334A1 (en
Inventor
Radmila Tomovska
Nikolaos Politakos
Iranzu Barbarin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Euskal Herriko Unibertsitatea
Original Assignee
Euskal Herriko Unibertsitatea
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Euskal Herriko Unibertsitatea filed Critical Euskal Herriko Unibertsitatea
Priority to ES202130897A priority Critical patent/ES2937334B2/en
Priority to PCT/ES2022/070609 priority patent/WO2023047009A1/en
Publication of ES2937334A1 publication Critical patent/ES2937334A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2937334B2 publication Critical patent/ES2937334B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/06Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/80Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with zinc, cadmium or mercury
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85Chromium, molybdenum or tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/04Sulfides
    • B01J27/047Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium
    • B01J27/051Molybdenum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/24Nitrogen compounds
    • B01J35/30
    • B01J35/39
    • B01J35/56
    • B01J35/60
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031Precipitation
    • B01J37/035Precipitation on carriers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/04Mixing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16Reducing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182Graphene
    • C01B32/198Graphene oxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/04Sulfides
    • B01J27/047Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

FOTOCATALIZADORES DE ÓXIDO DE GRAFENO Y SEMICONDUCTORGRAPHENE OXIDE PHOTOCATALYSTS AND SEMICONDUCTOR

Campo de la invenciónfield of invention

La presente invención se encuadra dentro del campo de los fotocatalizadores, en particular se refiere a fotocatalizadores que comprenden una estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido y plaquetas de por lo menos un semiconductor. También se refiere a los usos de los mismos y métodos para su preparación.The present invention falls within the field of photocatalysts, in particular it refers to photocatalysts that comprise a three-dimensional structure of reduced graphene oxide and platelets of at least one semiconductor. It also refers to their uses and methods for their preparation.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

La invención se refiere a un fotocatalizador integrado y en particular a un fotocatalizador que comprende un semiconductor y óxido de grafeno reducido como soporte activo unidos en una estructura monolítica y porosa.The invention relates to an integrated photocatalyst and in particular to a photocatalyst comprising a semiconductor and reduced graphene oxide as an active support united in a monolithic and porous structure.

El proceso fotocatalítico está basado en la excitación de un sólido (fotocatalizador), normalmente un semiconductor de banda ancha, mediante la irradiación con luz. El proceso fotocatalítico tiene múltiples aplicaciones que incluyen, por ejemplo, tratamientos de descontaminación del medio ambiente y la síntesis de compuestos de alto valor añadido, todo ello de forma sostenible al utilizar la radiación solar. Uno de los principales retos en esta área es el desarrollo de materiales fotocatalíticos nuevos o modificados que mejoren su eficiencia operando con un mayor intervalo de longitudes de onda.The photocatalytic process is based on the excitation of a solid (photocatalyst), usually a broadband semiconductor, by irradiation with light. The photocatalytic process has multiple applications that include, for example, environmental decontamination treatments and the synthesis of compounds with high added value, all in a sustainable way by using solar radiation. One of the main challenges in this area is the development of new or modified photocatalytic materials that improve their efficiency by operating with a greater range of wavelengths.

Muchos de los semiconductores que se emplean como fotocatalizadores son óxidos metálicos (por ejemplo, TiO2 y ZnO) o calcogenuros (por ejemplo, CdS, ZnS, CdSe, ZnSe y CdTe). El más usado es TiO2.Many of the semiconductors used as photocatalysts are metal oxides (e.g., TiO 2 and ZnO) or chalcogenides (e.g., CdS, ZnS, CdSe, ZnSe, and CdTe). The most used is TiO 2 .

Los fotocatalizadores comerciales (generalmente TiO2) se venden normalmente en forma de nanopartículas en polvo. Para su uso es necesario incorporar estos fotocatalizadores a un soporte sólido. Ejemplos de nanopartículas de TiO2 comerciales son: CristalACTN™ DT’20, Green Millenium and Microban. También se conocen algunos aparatos, por ejemplo, aparatos para la purificación del aire, que funcionan con nanopartículas de TiO2 integradas en distintos soportes.Commercial photocatalysts (usually TiO 2 ) are typically sold in the form of powdered nanoparticles. For their use, it is necessary to incorporate these photocatalysts into a solid support. Examples of commercial TiO 2 nanoparticles are: CristalACT N ™ DT'20, Green Millenium and Microban. Some devices are also known, for example, devices for air purification, which work with TiO 2 nanoparticles integrated into different supports.

Ciertas estructuras tridimensionales de grafeno a las que se han incorporado fotocatalizadores como por ejemplo TiO2 , AgX (X=Br, Cl), AgPO4, CuO, ZnO, CdS o C3N4 , se conocen a través de algunas publicaciones (1) a (21). Estos materiales se limitan a estructuras tridimensionales de grafeno a las que se han incorporado fotocatalizadores en forma de nanopartículas (zerodimensional) o nanotubos (unidimensionales). El método de (180 oC) durante periodos de tiempo prolongados (12-24 horas).Certain three-dimensional graphene structures to which photocatalysts have been incorporated, such as TiO 2 , AgX (X=Br, Cl), AgPO 4 , CuO, ZnO, CdS or C 3 N 4 , are known through some publications (1 ) to (21). These materials are limited to three-dimensional graphene structures to which photocatalysts have been incorporated in the form of nanoparticles (zero-dimensional) or nanotubes (one-dimensional). The method of (180 oC) for extended periods of time (12-24 hours).

La presencia de grafeno en estos compuestos proporciona, por un lado, un soporte adecuado para los fotocatalizadores y, por otro, debido a su buena aceptación de electrones y sus propiedades eléctricamente conductoras, resuelve el inconveniente principal de los materiales fotocatalíticos, la falta de una separación de cargas eficiente (Ref 22-24). Sin embargo, el rendimiento de los compuestos es insatisfactorio.The presence of graphene in these compounds provides, on the one hand, a suitable support for photocatalysts and, on the other hand, due to its good acceptance of electrons and its electrically conductive properties, it solves the main drawback of photocatalytic materials, the lack of a efficient charge separation (Ref 22-24). However, the performance of the composites is unsatisfactory.

Entre los objetivos de la presente invención está proporcionar un fotocatalizador mejorado, con una alta actividad fotocatalítica y que no sea necesario incorporarlo a un soporte sólido para su uso. Es también deseable proporcionar un fotocatalizador mejorado que se pueda preparar de forma sencilla y con un proceso que se pueda ejecutar en condiciones suaves, especialmente de temperatura.Among the objectives of the present invention is to provide an improved photocatalyst, with high photocatalytic activity and which does not need to be incorporated into a solid support for its use. It is also desirable to provide an improved photocatalyst that can be prepared simply and with a process that can be carried out under mild conditions, especially temperature.

Resumen de la invenciónSummary of the invention

La invención se refiere a nuevos fotocatalizadores y en particular a fotocatalizadores que comprenden una estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido y nanoplaquetas de por lo menos un semiconductor. En dichos fotocatalizadores, las nanoplaquetas de semiconductor están integradas en la estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido. En el estado de la técnica no se conoce ningún fotocatalizador que comprenda una estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido y que incorpore materiales semiconductores en forma de nanoplaquetas (estructuras bidimensionales).The invention relates to new photocatalysts and in particular to photocatalysts comprising a three-dimensional structure of reduced graphene oxide and nanoplatelets of at least one semiconductor. In these photocatalysts, semiconductor nanoplatelets are integrated into the three-dimensional structure of reduced graphene oxide. In the state of the art, there is no known photocatalyst that comprises a three-dimensional structure of reduced graphene oxide and that incorporates semiconductor materials in the form of nanoplatelets (two-dimensional structures).

Los fotocatalizadores aquí descritos presentan estructuras porosas, y comprenden opcionalmente nanopartículas de por lo menos un polímero. En realizaciones particulares estos polímeros se seleccionan de un grupo formado por estirenos, acrilatos, metacrilatos, opcionalmente funcionalizados, y sus mezclas.The photocatalysts described here have porous structures, and optionally comprise nanoparticles of at least one polymer. In particular embodiments, these polymers are selected from a group consisting of styrenes, acrylates, methacrylates, optionally functionalized, and their mixtures.

En realizaciones particulares el semiconductor se selecciona de un grupo formado por GaN, CeO2 , CdS, ZnO, MoS2 , WS2, WO3 y otros materiales semiconductores que permiten la formación de nanoplaquetas por exfoliación de los mismos, preferiblemente siendo MoS2 o WS2. En realizaciones preferidas el fotocatalizador comprende WS2 o MoS2 y opcionalmente, nanopartículas de polimetil metacrilato funcionalizado.In particular embodiments, the semiconductor is selected from a group formed by GaN, CeO 2 , CdS, ZnO, MoS 2 , WS 2 , WO 3 and other semiconductor materials that allow the formation of nanoplatelets by exfoliation thereof, preferably MoS 2 or WS 2 . In preferred embodiments the photocatalyst comprises WS2 or MoS2 and optionally, functionalized polymethyl methacrylate nanoparticles.

También, de acuerdo con la invención, se proporciona un método de preparación de dichos fotocatalizadores. El método de síntesis es sencillo, y se puede llevar a cabo en condiciones de reacción suaves. El método comprende: a) preparar una dispersión acuosa de nanoplaquetas de óxido de grafeno, nanoplaquetas de uno o más semiconductores y un intervalo de 45 a 90 °C. El agente reductor es preferentemente ácido ascórbico o hidracina. Also, according to the invention, a method of preparing said photocatalysts is provided. The synthesis method is simple, and can be carried out under mild reaction conditions. The method comprises: a) preparing an aqueous dispersion of graphene oxide nanoplatelets, nanoplatelets of one or more semiconductors and a range from 45 to 90 °C. The reducing agent is preferably ascorbic acid or hydrazine.

El procedimiento descrito comprende una etapa c), entre a) y b), en la que la dispersión resultante en a) se agita a temperatura ambiente durante un periodo de tiempo suficiente para homogeneizar la dispersión, típicamente durante 15 minutos a 1 hora. Después de la etapa b) el producto resultante de reacción puede secarse, por ejemplo, usando liofilización o microondasThe described procedure comprises a step c), between a) and b), in which the dispersion resulting in a) is stirred at room temperature for a period of time sufficient to homogenize the dispersion, typically for 15 minutes to 1 hour. After step b) the resulting reaction product can be dried, for example, using freeze-drying or microwaves.

Se ha comprobado que los fotocatalizadores aquí descritos muestran propiedades catalíticas superiores a los fotocatalizadores comerciales y proporcionan ventajas adicionales.The photocatalysts described herein have been found to exhibit superior catalytic properties over commercial photocatalysts and provide additional advantages.

La invención también se refiere al uso de dichos fotocatalizadores. Por ejemplo, en tecnologías de protección ambiental, en la captura y/o conversión química de contaminantes del aire, agua o el suelo o como catalizadores en reacciones químicas. También en aplicaciones que requieren el uso de materiales porosos.The invention also relates to the use of said photocatalysts. For example, in environmental protection technologies, in the capture and/or chemical conversion of air, water or soil pollutants or as catalysts in chemical reactions. Also in applications that require the use of porous materials.

Descripción de las FigurasDescription of the Figures

Figura 1a: Imágenes de microscopia de trasmisión electrónica (TEM) de las nanoplaquetas de WS2 como indica el Ejemplo 1 Figure 1a : Transmission electron microscopy (TEM) images of the WS 2 nanoplatelets as indicated in Example 1

Figura 1b: Imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de las estructuras tridimensionales (3D) de óxido de grafeno reducido (rGO) como indica el Ejemplo 1 Figure 1b : Scanning electron microscopy (SEM) images of the three-dimensional (3D) structures of reduced graphene oxide (rGO) as indicated in Example 1

Figura 1c: Imágenes SEM de nanoestructuras tridimensionales (3D) de WS2/rGO preparadas a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1: 4, Temperatura (T) = 60°C, y con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 1 en peso como indica el Ejemplo 1 Figure 1c: SEM images of three-dimensional (3D) WS 2 /rGO nanostructures prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1: 4, Temperature (T) = 60 °C, and with an oxide ratio of Initial graphene (GO): ascorbic acid (AsA) 1:1 by weight as indicated in Example 1

Figura 1d: Cinética del proceso de decoloración (Cambio de la concentración de azul de metileno (MB) con el tiempo); 3D rGO puro con luz ultravioleta (UV); 2D WS2 puro con luz UV; 3D WS2/rGO con luz UV y 3D WS2/-GO D (D = en la oscuridad) (T = 60°C, GO: AsA = 1: 1 en peso) como indica el Ejemplo 1 Figure 1d: Kinetics of the decolorization process (Change of methylene blue (MB) concentration with time); Pure 3D rGO with ultraviolet (UV) light; 2D WS 2 pure with UV light; 3D WS 2 /rGO with UV light and 3D WS 2 /-GO D (D = in the dark) (T = 60°C, GO: AsA = 1: 1 by weight) as indicated in Example 1

Figura 1e: Resultados del análisis de espectrometría de masas MALDI TOF [(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization (desorción/ionización láser asistida por matriz) / Time-Of-Flight)] de una solución acuosa de MB, después de la reacción de decoloración de MB con 3D WS2/rGO y luz UV como indica el Ejemplo 1, con asignación de algunos de los picos Figure 1e : Results of MALDI TOF [(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization)/Time-Of-Flight] mass spectrometry analysis of an aqueous solution of MB, after reaction of discoloration of MB with 3D WS 2 /rGO and UV light as indicated in Example 1, with assignment of some of the peaks

Figura 1f: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución de MB acuosa después de decoloración hecha con doble cantidad de fotocatalizador 3D de estructuras a los picos. Figure 1f: MALDI-TOF mass spectrometry analysis results of aqueous MB solution after decolorization done with double amount of 3D photocatalyst of structures to the peaks.

Figura 1g: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución de MB acuosa después de decoloración hecha con 3D WS2/rGO y luz UV (línea completa) y en la oscuridad (línea en puntos) como indica el Ejemplo 1. El pico característico de MB está marcado. Figure 1g: MALDI-TOF mass spectrometry analysis results of aqueous MB solution after decolorization done with 3D WS 2 /rGO and UV light (full line) and in the dark (dotted line) as indicated in Example 1 .The characteristic peak of MB is marked.

Figura 1h: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución de etanol obtenida en proceso de desorción de material 3D WS2/rGO después de la reacción de degradación de MB con luz UV como indica el Ejemplo 1 Figure 1h : MALDI-TOF mass spectrometry analysis results of the ethanol solution obtained in the desorption process of 3D WS 2 /rGO material after the degradation reaction of MB with UV light as indicated in Example 1

Figura 2a: Imágenes SEM de 3D WS2/rGO/Pol [Pol = polímero] preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1: 4, Temperatura (T) = 60°C, con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 1 en peso y 20% en peso de polímero en relación con la cantidad en peso de WS2/GO, como indica el Ejemplo 2 Figure 2a : SEM images of 3D WS 2 /rGO/Pol [Pol = polymer] prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1: 4, Temperature (T) = 60 °C, with an oxide ratio of initial graphene (GO): ascorbic acid (AsA) of 1: 1 by weight and 20% by weight of polymer in relation to the amount by weight of WS 2 /GO, as indicated in Example 2

Figura 2b: Cinética del proceso de decoloración (Cambio de la concentración de MB con el tiempo); 3D rGO puro con luz UV; 2D WS2 puro con luz UV; 3D WS2/rGO/Pol con luz UV y 3D WS2/rGO/Pol D como indica el Ejemplo 2 Figure 2b : Kinetics of the decolorization process (Change of MB concentration with time); Pure 3D rGO with UV light; 2D WS 2 pure with UV light; 3D WS 2 /rGO/Pol with UV light and 3D WS 2 /rGO/Pol D as indicated in Example 2

Figura 2c: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución acuosa de MB después de la decoloración con 3D WS2/rGO/Pol como indica el Ejemplo 2, con asignación de estructuras a los picos. El pico característico de MB está marcado. Figure 2c : Results of MALDI-TOF mass spectrometry analysis of the MB aqueous solution after decolorization with 3D WS 2 /rGO/Pol as indicated in Example 2, with assignment of structures to the peaks. The characteristic peak of MB is marked.

Figura 2d: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución acuosa de MB después de la decoloración con 3D WS2/rGO/Pol bajo luz UV (línea continua) y en la oscuridad (línea discontinua) como indica el Ejemplo 2. El pico característico de MB está marcado. Figure 2d : MALDI-TOF mass spectrometry analysis results of MB aqueous solution after decolorization with 3D WS 2 /rGO/Pol under UV light (solid line) and in the dark (dashed line) as indicated in the Example 2. The characteristic peak of MB is marked.

Figura 3a: Imágenes SEM de 3D WS2/rGO preparado a partir de WS2/GO 1: 3 en peso, Temperatura (T) = 60°C, con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 1 en peso, como indica el Ejemplo 3 Figure 3a : SEM images of 3D WS 2 /rGO prepared from WS 2 /GO 1:3 by weight, Temperature (T) = 60 °C, with a ratio of initial graphene oxide (GO): ascorbic acid (AsA ) of 1: 1 by weight, as indicated in Example 3

Figura 3b: Cinética del proceso de decoloración (Cambio de la concentración de MB relativa con el tiempo); 3D rGO puro con luz UV, 2D WS2 puro con luz UV, 3D WS2/rGO con luz UV y 3D WS2/rGO D en la oscuridad como indica el Ejemplo 3 Figure 3b : Kinetics of the decolorization process (Change of relative MB concentration with time); 3D rGO pure with UV light, 2D WS 2 pure with UV light, 3D WS2/rGO with UV light and 3D WS 2 /rGO D in the dark as indicated in Example 3

Figura 3c: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución acuosa de MB después de decoloración con 3D WS2/rGO como indica el Ejemplo 3, con asignación de los picos Figure 3c: MALDI-TOF mass spectrometry analysis results of MB aqueous solution after decolorization with 3D WS 2 /rGO as indicated in Example 3, with peak assignment

en peso de 1: 4, Temperatura (T) = 90°C, con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 1 en peso, como indica el Ejemplo 4by weight of 1: 4, Temperature (T) = 90 ° C, with a ratio of initial graphene oxide (GO): ascorbic acid (AsA) of 1: 1 by weight, as indicated in Example 4

Figura 4b: Cinética del proceso de decoloración (Cambio de la concentración de MB relativa con el tiempo); 3D rGO puro con luz UV, 2D WS2 puro con luz UV, 3D WS2/rGO con luz UV y 3D WS2/rGO D en la oscuridad como indica el Ejemplo 4 Figure 4b: Kinetics of the decolorization process (Change of relative MB concentration with time); 3D rGO pure with UV light, 2D WS 2 pure with UV light, 3D WS2/rGO with UV light and 3D WS 2 /rGO D in the dark as indicated in Example 4

Figura 4c: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución acuosa de MB después de decoloración con 3D WS2/rGO con luz como indica el Ejemplo 4, con asignación de los picos Figure 4c : Results of MALDI-TOF mass spectrometry analysis of the MB aqueous solution after decolorization with 3D WS 2 /rGO with light as indicated in Example 4, with assignment of the peaks

Figura 5a: Imágenes de SEM de WS2/rGO/Pol preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1: 4, Temperatura (T) = 90°C, con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 1 en peso y 20% en peso de polímero en relación a la cantidad en peso de WS2/GO, como indica el Ejemplo 5 Figure 5a : SEM images of WS 2 /rGO/Pol prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1: 4, Temperature (T) = 90 °C, with a proportion of initial graphene oxide (GO ): ascorbic acid (AsA) of 1: 1 by weight and 20% by weight of polymer in relation to the amount by weight of WS 2 /GO, as indicated in Example 5

Figura 5b: Cinética de la decoloración de la solución acuosa de MB (concentración relativa de MB frente al tiempo) de los sistemas: 3D rGO puro con luz; 2D WS2 puro con luz UV; y 3D WS2/rGO/Pol bajo luz UV y 3D WS2/rGO/Pol D (D: en la oscuridad), como indica el Ejemplo 5. Figure 5b : Kinetics of discoloration of MB aqueous solution (relative concentration of MB vs. time) of the systems: 3D rGO pure with light; 2D WS 2 pure with UV light; and 3D WS 2 /rGO/Pol under UV light and 3D WS 2 /rGO/Pol D (D: in the dark), as indicated in Example 5.

Figura 6a: Imágenes de SEM de 3D WS2/rGO preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1: 4, Temperatura (T) = 60°C, y con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 0.5 en peso, como indica el Ejemplo 6 Figure 6a : SEM images of 3D WS 2 /rGO prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1: 4, Temperature (T) = 60 °C, and with a proportion of initial graphene oxide (GO ): ascorbic acid (AsA) of 1: 0.5 by weight, as indicated in Example 6

Figura 6b: Cinética de la decoloración de la solución acuosa de MB (cambio de la concentración de MB relativa al tiempo) de los sistemas: 3D rGO puro bajo luz UV; 2D WS2 bajo luz UV; y 3D WS2/rGO bajo luz UV y 3D WS2/rGO D en la oscuridad, como indica el Ejemplo 6. Figure 6b : Kinetics of discoloration of MB aqueous solution (change of MB concentration relative to time) of the systems: pure 3D rGO under UV light; 2D WS 2 under UV light; and 3D WS 2 /rGO under UV light and 3D WS 2 /rGO D in the dark, as indicated in Example 6.

Figura 6c: Resultados de análisis de espectrometría de masas MALDI-TOF de la solución acuosa de MB después de decoloración con el sistema 3D WS2/rGO con luz como indica el Ejemplo 6, con indicación de los grupos químicos específicos en diferentes áreas de los espectros. Figure 6c : MALDI-TOF mass spectrometry analysis results of the MB aqueous solution after decolorization with the 3D WS 2 /rGO system with light as indicated in Example 6, with indication of the specific chemical groups in different areas of the spectral.

Figura 7a: Imágenes de microscopia de trasmisión electrónica (TEM) de las nanoplaquetas de MoS2 como indica el Ejemplo 7 Figure 7a: Transmission electron microscopy (TEM) images of the MoS 2 nanoplatelets as indicated in Example 7

Figura 7b: Imágenes de SEM de 3D MoS2/rGO preparado a partir de MoS2/GO con una relación en peso de 1: 4, Temperatura (T) = 60°C, con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 1 en peso, como indica el Ejemplo 7. Figure 7b : SEM images of 3D MoS 2 /rGO prepared from MoS 2 /GO with a weight ratio of 1: 4, Temperature (T) = 60 °C, with a proportion of initial graphene oxide (GO) : ascorbic acid (AsA) of 1:1 by weight, as indicated in Example 7.

en el tiempo) de los sistemas 3D rGO puro con luz UV, 2D MoS2 puro con luz UV, 3D MoS2/rGO bajo luz UV y 3D MoS2/rGO D en la oscuridad como indica el Ejemplo 7.in time) of the systems 3D pure rGO with UV light, 2D pure MoS 2 with UV light, 3D MoS 2 /rGO under UV light and 3D MoS 2 /rGO D in the dark as indicated in Example 7.

Figura 7d: Espectros de masas MALDI-TOF de solución desorbida en etanol para el sistema 3D MoS2/rGO del Ejemplo 7. Figure 7d: MALDI-TOF mass spectra of solution desorbed in ethanol for the 3D MoS 2 /rGO system of Example 7.

Figura 8a: Imágenes de SEM de 3D MoS2/rGO/Pol preparado a partir de MoS2/GO con una relación en peso de 1: 4, Temperatura (T) = 60°C, con una proporción de óxido de grafeno inicial (GO): ácido ascórbico (AsA) de 1: 1 en peso y 20% en peso de polímero en relación a la cantidad en peso de WS2/GO, como indica el Ejemplo 8. Figure 8a : SEM images of 3D MoS 2 /rGO/Pol prepared from MoS 2 /GO with a weight ratio of 1: 4, Temperature (T) = 60 °C, with an initial graphene oxide ratio ( GO): ascorbic acid (AsA) of 1: 1 by weight and 20% by weight of polymer in relation to the amount by weight of WS 2 /GO, as indicated in Example 8.

Figura 8b: Cinética de la decoloración de la solución acuosa de MB (cambio de la concentración de MB relativa al tiempo) por 3D rGO puro, 2D MoS2 puro, 3D MoS2/rGO/Pol bajo luz y 3D MoS2/rGO/Pol D en la oscuridad, como indica el Ejemplo 8. Figure 8b : Kinetics of discoloration of MB aqueous solution (change of MB concentration relative to time) by pure 3D rGO, pure 2D MoS 2 , 3D MoS 2 /rGO/Pol under light and 3D MoS 2 /rGO/ Pol D in the dark, as indicated in Example 8.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Los materiales de la presente invención son fotocatalizadores integrados que comprenden una estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido (rGO) en el que están incorporadas las nanoplaquetas bidimensionales de un semiconductor. Esta estructura monolítica, tridimensional, porosa, es una estructura estable que funciona como un fotocatalizador integrado. Esto resulta ventajoso porque el material funciona como fotocatalizador sin necesidad de tener que incorporarlo a un soporte, como es el caso de los catalizadores comerciales.The materials of the present invention are integrated photocatalysts that comprise a three-dimensional structure of reduced graphene oxide (rGO) in which two-dimensional nanoplatelets of a semiconductor are incorporated. This monolithic, three-dimensional, porous structure is a stable structure that functions as an integrated photocatalyst. This is advantageous because the material works as a photocatalyst without having to incorporate it into a support, as is the case with commercial catalysts.

Se ha observado además que en comparación con ciertos aparatos fotocatalíticos integrados, en los que el material que se usa como soporte solamente actúa como tal para el semiconductor sin participar en la actividad catalítica, en el caso del fotocatalizador de la presente invención se observa sinergia entre la actividad fotocatalítica de las nanoplaquetas del semiconductor y del óxido de grafeno reducido que actúa como soporte activo. Dicha sinergia resulta en un desplazamiento de la absorbancia de luz hacia el rango de luz visible, la reducción del ancho de banda e incluso, en una mejor eficacia de separación de cargas. Sin ánimo de ceñirse a ninguna teoría en particular, se asume que estos efectos se acentúan debido a la estructura en forma de plaquetas del semiconductor, que resulta en una mayor interfase entre el óxido de grafeno reducido y el semiconductor, una mayor interacción entre el óxido de grafeno reducido y el semiconductor y un aumento del rendimiento catalítico. It has also been observed that in comparison with certain integrated photocatalytic devices, in which the material used as a support only acts as such for the semiconductor without participating in the catalytic activity, in the case of the photocatalyst of the present invention, synergy is observed between the photocatalytic activity of the semiconductor nanoplatelets and the reduced graphene oxide that acts as an active support. This synergy results in a shift of light absorbance towards the visible light range, a reduction in bandwidth and even better charge separation efficiency. Without wishing to adhere to any particular theory, it is assumed that these effects are accentuated due to the platelet-shaped structure of the semiconductor, which results in a greater interface between the reduced graphene oxide and the semiconductor, a greater interaction between the oxide of reduced graphene and the semiconductor and an increase in catalytic performance.

Otras ventajas del fotocatalizador de la invención incluyen mejor rendimiento, mayor durabilidad, la posibilidad de reutilizar el catalizador y la reducción de la pérdida de compuesto activo. Como resultado de la buena interacción entre el semiconductor y óxido de grafeno catalizador integrado. Cuando el semiconductor absorbe el fotón de la luz UV que lleva más energía que la banda de energía de la brecha, se genera un par electrón-hueco en las nanoplaquetas del semiconductor que son capaces de empezar procesos de óxido-reducción. Pero el par electrón-hueco puede tener un proceso de recombinación y volver al estado principal. La interacción entre el grafeno y el semiconductor disminuye esta probabilidad y aumenta la eficacia del semiconductor como fotocatalizador. Que el semiconductor esté incorporado a las estructuras 3D de rGO o rGO/polímero hace que sea posible reutilizar el fotocatalizador fácilmente, después de la limpieza. Además, al estar el semiconductor inmovilizado, se reduce la pérdida del material activo durante la limpieza.Other advantages of the photocatalyst of the invention include better performance, greater durability, the possibility of reusing the catalyst and the reduction of the loss of active compound. As a result of the good interaction between the semiconductor and graphene oxide integrated catalyst. When the semiconductor absorbs the UV light photon that carries more energy than the band gap energy, an electron-hole pair is generated in the semiconductor nanoplatelets that are capable of starting oxidation-reduction processes. But the electron-hole pair can have a recombination process and return to the main state. The interaction between graphene and the semiconductor decreases this probability and increases the effectiveness of the semiconductor as a photocatalyst. That the semiconductor is incorporated into the 3D rGO or rGO/polymer structures makes it possible to easily reuse the photocatalyst, after cleaning. Furthermore, since the semiconductor is immobilized, the loss of active material during cleaning is reduced.

Los materiales de la presente invención tienen una estructura macroscópica tridimensional y son materiales porosos, con un aspecto tipo esponja. Tienen también una gran capacidad de adsorción de moléculas y/o de partículas orgánicas o inorgánicas. La adsorción selectiva de ciertos materiales de interés se puede ajustar mediante el control de las propiedades físicoquímicas. Además, cuando se expone a la luz (UV o visible), el catalizador se activa y es capaz de degradar, por procesos de óxido-reducción, los materiales adsorbidos en su superficie.The materials of the present invention have a three-dimensional macroscopic structure and are porous materials, with a sponge-like appearance. They also have a great adsorption capacity for molecules and/or organic or inorganic particles. The selective adsorption of certain materials of interest can be tuned by controlling the physicochemical properties. Furthermore, when exposed to light (UV or visible), the catalyst is activated and is capable of degrading, through oxidation-reduction processes, the materials adsorbed on its surface.

Los fotocatalizadores (semiconductores) comerciales suelen ser productos en polvo que tienen que ser integrados en el soporte adecuado antes de su uso. Tanto el proceso de inmovilización o integración del fotocatalizador en el soporte, como los soportes en sí, varían según las distintas aplicaciones. La principal ventaja de los materiales de la presente invención es que permite la unión del fotocatalizador (semiconductor) y el soporte dentro de una misma estructura. Los materiales son además versátiles, con muchas aplicaciones distintas. El material de la invención tiene unas propiedades muy ventajosas en cuanto a porosidad, resistencia mecánica y térmica, forma y tamaño, las cuales además pueden modularse.Commercial photocatalysts (semiconductors) are usually powder products that have to be integrated into the appropriate support before use. Both the process of immobilization or integration of the photocatalyst in the support, as well as the supports themselves, vary according to the different applications. The main advantage of the materials of the present invention is that it allows the union of the photocatalyst (semiconductor) and the support within the same structure. The materials are also versatile, with many different applications. The material of the invention has very advantageous properties in terms of porosity, mechanical and thermal resistance, shape and size, which can also be modulated.

El óxido de grafeno (GO) que se utiliza para preparar el fotocatalizador de la invención es óxido de grafeno en forma de nanoplaquetas. El óxido de grafeno en forma de nanoplaquetas puede adquirirse de forma comercial o prepararse de acuerdo a métodos conocidos en el estado de la técnica. Habitualmente las nanoplaquetas se adquieren en forma de dispersión, tal como en dispersión acuosa. En una realización particular las nanoplaquetas se suministran en dispersión en agua con concentraciones que típicamente oscilan en el rango de 0.1 a 5% en peso, preferiblemente 0.4% - 1% en peso con respecto al peso total de la dispersión suministrada con contenido en monocapa de >90%, preferiblemente >92%, o >95%, o >97%. The graphene oxide (GO) used to prepare the photocatalyst of the invention is graphene oxide in the form of nanoplatelets. Graphene oxide in the form of nanoplatelets can be purchased commercially or prepared according to methods known in the state of the art. Nanoplatelets are usually purchased in dispersion form, such as aqueous dispersion. In a particular embodiment, the nanoplatelets are supplied in dispersion in water with concentrations that typically range from 0.1 to 5% by weight, preferably 0.4% - 1% by weight with respect to the total weight of the dispersion supplied with monolayer content of >90%, preferably >92%, or >95%, or >97%.

El óxido de grafeno de partida presenta alto contenido de oxígeno de entre 25% a 55% en peso, particularmente de 30 a 50% en peso, o de 40% a 50% en peso, o de 45% a 50% en nanoplaquetas de partida, el 90% al 97%, por ejemplo, del 93 al 95% de las mismas son nanoplaquetas de una capa de espesor igual o inferior a 1 nm. Las nanoplaquetas que se utilizan en la presente invención se caracterizan también por su dimensión lateral. Las dimensiones laterales de las mismas pueden oscilar entre 500 nm y 30 micras, por ejemplo, entre 1 micra y 20 micras, tal como 10 micras En una realización particular las nanoplaquetas de óxido de grafeno de partida presentan un contenido de oxígeno de 30 a 50% en peso, el 93 al 95% de las mismas son nanoplaquetas de una capa de espesor igual o inferior a 1 nm, y su dimensión lateral es de 10 micras.The starting graphene oxide has a high oxygen content of between 25% to 55% by weight, particularly 30 to 50% by weight, or 40% to 50% by weight, or 45% to 50% by weight. starting nanoplatelets, 90% to 97%, for example, 93 to 95% of them are nanoplatelets with a layer thickness equal to or less than 1 nm. The nanoplatelets used in the present invention are also characterized by their lateral dimension. Their lateral dimensions can range between 500 nm and 30 microns, for example, between 1 micron and 20 microns, such as 10 microns. In a particular embodiment, the starting graphene oxide nanoplatelets have an oxygen content of 30 to 50 % by weight, 93 to 95% of them are nanoplatelets with a layer thickness equal to or less than 1 nm, and their lateral dimension is 10 microns.

El término “semiconductor”, según se usa aquí se refiere a un material semiconductor con características fotocatalíticas. Ejemplos ilustrativos, pero no limitantes de semiconductores que se pueden usar en la preparación de los fotocatalizadores de la invención son GaN, CeO2 , CdS, ZnO, MoS2 , WS2 , WO3 y otros semiconductores que tienen estructura en capas y que son por lo tanto aptos para la formación de nanoplaquetas por exfoliación. Los semiconductores preferidos incluyen CdS, MoS2 y WS2. Especialmente preferido es WS2. The term "semiconductor" as used herein refers to a semiconductor material with photocatalytic characteristics. Illustrative, but not limiting, examples of semiconductors that can be used in the preparation of the photocatalysts of the invention are GaN, CeO 2 , CdS, ZnO, MoS 2 , WS 2 , WO 3 and other semiconductors that have a layer structure and that are therefore suitable for the formation of nanoplatelets by exfoliation. Preferred semiconductors include CdS, MoS 2 and WS 2 . Especially preferred is WS 2 .

Otros semiconductores que se pueden usar para preparar los fotocatalizadores de la invención incluyen: (i) W: ditelururo de tungsteno (WTe2) y diselenuro de tungsteno (WSe2), ii) Mo: telururo de molibdeno (MoTe2) y diselenuro de molibdeno (MoSe2), iii) Cd: seleniuro de cadmio (C8Se), iv) In: sulfuro de indio (III) In2S3) y seleniuro de indio (III) (In2Se3), v) Ga: seleniuro de galio (III) (Ga2Se3), seleniuro de galio (II) (GaSe), sulfuro de galio (II) (GaS) y telururo de galio (II) (GaTe ), vi) Bi: seleniuro de bismuto (Bi2Se3), telururo de bismuto (Bi2Te3) y sulfuro de bismuto (Bi2S3), vii) Cu: sulfuro de cobre (Cu2S), viii) Sn: sulfuro de estaño (II) (SnS) y seleniuro de estaño (SnSe) y ix) Pb: yoduro de plomo (II) (Pbh).Other semiconductors that can be used to prepare the photocatalysts of the invention include: ( i) W: tungsten ditelluride (WTe 2 ) and tungsten diselenide (WSe 2 ), ii) Mo: molybdenum telluride (MoTe 2 ) and diselenide molybdenum (MoSe 2 ), iii) Cd: cadmium selenide (C 8 Se), iv) In: indium (III) sulfide In 2 S 3 ) and indium (III) selenide (In 2 Se 3 ), v) Ga: gallium(III) selenide (Ga 2 Se 3 ), gallium(II) selenide (GaSe), gallium(II) sulfide (GaS) and gallium(II) telluride (GaTe), vi) Bi: selenide of bismuth (Bi 2 Se 3 ), bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) and bismuth sulfide (Bi 2 S 3 ), vii) Cu: copper sulfide (Cu 2 S), viii) Sn: tin sulfide ( II) (SnS) and tin selenide (SnSe) and ix) Pb: lead (II) iodide (Pbh).

Las nanoplaquetas de semiconductor que se pueden usar para preparar los fotocatalizadores de la invención pueden tener espesores variables de entre una o más capas atómicas. El espesor de una capa atómica varía en función del material semiconductor concreto. Por ejemplo, es de 0.65 nm para el MoS2 y de 3.7 nm para el WS2. En cuanto al espesor máximo de las mismas, el mismo dependerá del número de capas atómicas de la nanoplaqueta. En la presente invención generalmente el espesor varía entre el correspondiente según el material a una capa atómica y 40 nm, o entre una capa atómica y 30 nm, o entre una capa atómica y 20 nm, o entre una capa atómica y 10 nm.The semiconductor nanoplatelets that can be used to prepare the photocatalysts of the invention can have variable thicknesses of one or more atomic layers. The thickness of an atomic layer varies depending on the specific semiconductor material. For example, it is 0.65 nm for MoS2 and 3.7 nm for WS2. As for their maximum thickness, it will depend on the number of atomic layers of the nanoplatelet. In the present invention, the thickness generally varies between that corresponding, depending on the material, to an atomic layer and 40 nm, or between an atomic layer and 30 nm, or between an atomic layer and 20 nm, or between an atomic layer and 10 nm.

Las dimensiones laterales de las nanoplaquetas de semiconductor también pueden variar entre un valor superior a 40 nm y 3 micras, con la condición de que la dimensión lateral siempre ha de ser superior al espesor para cumplir la condición de ser nanoplaquetas. En realizaciones particulares las dimensiones laterales están comprendidas entre 50 nm y 1 micra, o entre 100 nm y 500 nm micras, o entre 200 nm y 400 nm. The lateral dimensions of the semiconductor nanoplatelets can also vary between a value greater than 40 nm and 3 microns, with the condition that the lateral dimension must always be greater than the thickness to meet the condition of being nanoplatelets. In particular embodiments the lateral dimensions are between 50 nm and 1 micron, or between 100 nm and 500 nm microns, or between 200 nm and 400 nm.

dimensión lateral de entre 25 y 300 nm, o espesores de entre 0.5 y 8 nm y de dimensión lateral de entre 50 y 250 nm, o 100 y 200 nm. En otras realizaciones el espesor está entre 0.5 y 4 nm y la dimensión lateral entre 25 y 300 nm, o 50 y 250 nm, o 100 y 200 nm.lateral dimension of between 25 and 300 nm, or thicknesses of between 0.5 and 8 nm and lateral dimension of between 50 and 250 nm, or 100 and 200 nm. In other embodiments the thickness is between 0.5 and 4 nm and the lateral dimension between 25 and 300 nm, or 50 and 250 nm, or 100 and 200 nm.

El fotocatalizador de la invención puede comprender nanoplaquetas de uno o más materiales semiconductores. Las nanoplaquetas utilizadas para una realización particular pueden a su vez tener estructuras y características diferentes.The photocatalyst of the invention may comprise nanoplatelets of one or more semiconductor materials. The nanoplatelets used for a particular embodiment may in turn have different structures and characteristics.

La composición del fotocatalizador de la invención puede variar en un amplio rango. Análisis de la composición elemental determinada a partir de los resultados de EDX demuestran la incorporación de nanoplaquetas de semiconductor en la estructura 3D compuesta. Imágenes SEM de fotocatalizadores muestran la nanoestructura tridimensional y porosa.The composition of the photocatalyst of the invention can vary in a wide range. Elemental composition analysis determined from EDX results demonstrates the incorporation of semiconductor nanoplatelets into the composite 3D structure. SEM images of photocatalysts show the three-dimensional and porous nanostructure.

La proporción en peso del óxido de grafeno de partida con respecto al peso del semiconductor de partida [GO/semiconductor] está típicamente en el rango de 1: 1 a 9: 1. Algunas proporciones particulares están dentro del rango 2:1 a 8:1, por ejemplo 3:1, 4:1, 5:1; 6:1, o 7:1. Una proporción más preferida es 4:1.The weight ratio of the starting graphene oxide to the weight of the starting semiconductor [GO/semiconductor] is typically in the range of 1:1 to 9:1. Some particular ratios are within the range 2:1 to 8: 1, for example 3:1, 4:1, 5:1; 6:1, or 7:1. A more preferred ratio is 4:1.

De acuerdo con realizaciones de la invención, se ha observado que puede resultar ventajoso incorporar nanopartículas de un polímero al fotocatalizador. La incorporación de dichas nanopartículas de polímero ayuda a mejorar las propiedades físico-químicas del producto y el rendimiento mecánico, resulta en una estructura más flexible, fuerte y duradera y facilita su manipulación. Además, hace el fotocatalizador más efectivo en operaciones en ciclos.According to embodiments of the invention, it has been observed that it may be advantageous to incorporate nanoparticles of a polymer into the photocatalyst. The incorporation of said polymer nanoparticles helps to improve the physical-chemical properties of the product and the mechanical performance, results in a more flexible, stronger and durable structure and facilitates its handling. In addition, it makes the photocatalyst more effective in cycle operations.

El término "polímero”, según se usa aquí se refiere a cualquier polímero compuesto de macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión mediante enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros, tales como: acrilatos, metacrilatos, estirenos, etc. . Las partículas de polímero que se incorporan a la estructura del fotocatalizador se pueden producir por ejemplo por técnicas de polimerización en medio disperso (agua), como en emulsión o similar. En su caso los polímeros se pueden funcionalizar, y para ello se usan cantidades de monómeros funcionales generalmente de 1%-10 % en peso con respecto al peso total de monómeros. En realizaciones particulares de la invención éstos se utilizan en cantidades de entre 2 y 8%, o de entre 4 y 6%. Ejemplos de monómeros funcionales incluyen, sin estar limitados: 4-bromo estireno, acrilato de 2-cloro etilo, metacrilato de glicidilo, metacrilato de 2-hidroxietilo, acrilamida, hidrocloruro metacrilato de 2-amino etilo, ácido acrílico, sulfonato de poliestireno y similares.The term "polymer", as used herein, refers to any polymer composed of macromolecules (generally organic) formed by the union through covalent bonds of one or more simple units called monomers, such as: acrylates, methacrylates, styrenes, etc. The polymer particles that are incorporated into the structure of the photocatalyst can be produced, for example, by polymerization techniques in a dispersed medium (water), such as in emulsion or similar. In this case, the polymers can be functionalized, and for this, amounts of functional monomers generally of 1%-10% by weight with respect to the total weight of monomers. In particular embodiments of the invention these are used in amounts of between 2 and 8%, or between 4 and 6%. Examples of functional monomers include , without being limited: 4-bromo styrene, 2-chloroethyl acrylate, glycidyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride, acrylic acid, polystyrene sulfonate and the like.

Ejemplos ilustrativos, pero no limitantes de polímeros que se pueden usar en la preparación de los fotocatalizadores de la invención son poliestirenos, poliacrilatos, polimetacrilatos, poliacrilamidas, poliuretanos, etc., todos ellos opcionalmente funcionalizados. "Polímero de grupos funcionales incluyen epoxi, amida, amina, sulfonatos, carboxílo, hidroxilo, éster, fenilo, éter, etc. Uno de los polímeros preferidos en la presente invención es polimetil metacrilato funcionalizado, preferiblemente funcionalizado con grupos epoxi.Illustrative, but not limiting, examples of polymers that can be used in the preparation of the photocatalysts of the invention are polystyrenes, polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamides, polyurethanes, etc., all of them optionally functionalized. "Polymer Functional groups include epoxy, amide, amine, sulfonates, carboxyl, hydroxyl, ester, phenyl, ether, etc. One of the preferred polymers in the present invention is functionalized polymethyl methacrylate, preferably functionalized with epoxy groups.

En realizaciones de la invención, el fotocatalizador comprende uno o más polímeros. Los polímeros pueden seleccionarse en función de las características que se desee presente el fotocatalizador. Los inventores han observado que la temperatura de transición vítrea (Tg) del polímero empleado influye en si éstos se tienden a colocar como nanopartículas en la superficie de rGO (cuando presentan una Tg alta) o si tienden a formar una capa recubriendo el rGO (cuando presentan una Tg baja) en el proceso de secado de los materiales 3D.In embodiments of the invention, the photocatalyst comprises one or more polymers. The polymers can be selected depending on the desired characteristics of the photocatalyst. The inventors have observed that the glass transition temperature (Tg) of the polymer used influences whether they tend to be placed as nanoparticles on the surface of rGO (when they have a high Tg) or if they tend to form a layer covering the rGO (when present a low Tg) in the drying process of 3D materials.

Cuando el fotocatalizador comprende uno o más polímeros, la proporción entre el peso del material de partida "GO y semiconductor” y el peso del polímero, usados en la preparación de los fotocatalizadores, puede variar. En realizaciones particulares de los fotocatalizadores de la invención, éstos se han preparado con proporciones en peso de los materiales de partida (GO/semiconductor):polímero que varían desde 1:1 hasta 10:1. Algunas proporciones particulares están dentro del rango 2:1 a 9:1, por ejemplo 3:1, 4:1, 5:1; 6:1, 7:1 u 8:1. Las proporciones preferidas se encuentran en el rango 2:1 - 4:1, siendo 4:1 el rango más preferido.When the photocatalyst comprises one or more polymers, the ratio between the weight of the starting material "GO and semiconductor" and the weight of the polymer, used in the preparation of the photocatalysts, may vary. In particular embodiments of the photocatalysts of the invention, These have been prepared with weight ratios of the starting materials (GO/semiconductor):polymer varying from 1:1 to 10:1. Some particular ratios are within the range 2:1 to 9:1, for example 3: 1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1 or 8:1 Preferred ratios are in the range 2:1 - 4:1, with 4:1 being the most preferred range.

El método de síntesis de los fotocatalizadores de la invención es un proceso de autoensamblado que se produce durante la reacción de reducción de las nanoplaquetas de óxido de grafeno en una dispersión coloidal que contiene también las nanoplaquetas del semiconductor. La estructura porosa tridimensional se obtiene de forma espontánea en la reacción de reducción del óxido de grafeno con un agente reductor. La reacción se lleva a cabo en condiciones suaves, a una temperatura de entre 25 y 90 oC. En una realización particular la temperatura es de entre 25 y 45 °C. El tiempo de reacción depende de la temperatura de reacción, del tamaño del fotocatalizador a obtener, etc. En una realización particular el tiempo es de 30 minutos a 90 oC o de varias horas a 25 oC.The synthesis method of the photocatalysts of the invention is a self-assembly process that occurs during the reduction reaction of the graphene oxide nanoplatelets in a colloidal dispersion that also contains the semiconductor nanoplatelets. The three-dimensional porous structure is obtained spontaneously in the reduction reaction of graphene oxide with a reducing agent. The reaction is carried out under mild conditions, at a temperature between 25 and 90 oC. In a particular embodiment the temperature is between 25 and 45 °C. The reaction time depends on the reaction temperature, the size of the photocatalyst to be obtained, etc. In a particular embodiment the time is 30 minutes at 90 oC or several hours at 25 oC.

Según el método de síntesis de la invención, se prepara una dispersión acuosa de los materiales de partida: nanoplaquetas de óxido de grafeno, nanoplaquetas de semiconductor y opcionalmente nanopartículas de polímero. La dispersión se agita para homogenizar la mezcla. Durante este periodo de agitación se comprueba que las nanoplaquetas de semiconductor y las nanopartículas de polímero se adsorben sobre la superficie de las nanoplaquetas de óxido de grafeno. Después se fija la temperatura dentro del rango mencionado anteriormente y se añade el agente reductor (por ejemplo, ácido ascórbico (Asa) o hidracina) cuando se alcanza la temperatura necesaria. Desde este momento se detiene la agitación para que se produzca el proceso de autoensamblado. El proceso de reducción del material mucho más hidrofóbico e incompatible con el medio acuoso en el que se lleva a cabo la reacción. Como consecuencia, las nanoplaquetas de óxido de grafeno reducido que se producen, empiezan a autoensamblarse espontáneamente formando así los materiales porosos tridimensionales (3D) en forma de estructura monolítica.According to the synthesis method of the invention, an aqueous dispersion of the starting materials is prepared: graphene oxide nanoplatelets, semiconductor nanoplatelets and optionally polymer nanoparticles. The dispersion is stirred to homogenize the mixture. During this stirring period, it is found that the semiconductor nanoplatelets and polymer nanoparticles are adsorbed on the surface of the graphene oxide nanoplatelets. The temperature is then set within the range mentioned above and the reducing agent (e.g., ascorbic acid (Asa) or hydrazine) is added when the required temperature is reached. From this moment the stirring is stopped so that the self-assembly process can occur. The process of reducing much more hydrophobic material and incompatible with the aqueous medium in which the reaction takes place. As a consequence, the reduced graphene oxide nanoplatelets that are produced begin to spontaneously self-assemble, thus forming three-dimensional (3D) porous materials in the form of a monolithic structure.

“Estructura monolítica” o "monolito” según se usa aquí, se refiere a un material compuesto de más de un tipo de material o componente, en el que los componentes forman una estructura única sin puntas de unión, que está constituido en una sola unidad.“Monolithic structure” or “monolith” as used herein, refers to a material composed of more than one type of material or component, in which the components form a single structure without joining tips, which is constituted as a single unit. .

El material así producido es un hidrogel hinchado con gran cantidad del agua. El fotocatalizador de la invención se puede utilizar en forma de hidrogel o en forma seca, después de un proceso de secado. Pero antes que secar se tiene que limpiar con agua destilada por proceso de diálisis. Para el secado se puede utilizar cualquiera de los métodos conocidos de secado de hidrogeles. Estos incluyen, por ejemplo, liofilización, microondas o secado convencional en horno. En un aspecto preferido, el secado se lleva a cabo con liofilización, para preservar la estructura porosa y el volumen del monolito. Se puede secar también usando microondas, por ejemplo, con un programa de velocidad de calentamiento muy alto, en el que con el microondas a una potencia de 1400W, se aumenta la temperatura en el reactor hasta 200°C por minuto y se deja actuar a esa temperatura durante unos minutos, por ejemplo 2 min. El fotocatalizador en forma de hidrogel es un aspecto preferido de la invención. El fotocatalizador en forma de sólido liofilizado es otro aspecto preferido de la invención.The material thus produced is a hydrogel swollen with a large amount of water. The photocatalyst of the invention can be used in the form of a hydrogel or in dry form, after a drying process. But before drying it has to be cleaned with distilled water through the dialysis process. Any of the known methods for drying hydrogels can be used for drying. These include, for example, freeze-drying, microwave or conventional oven drying. In a preferred aspect, drying is carried out with freeze-drying, to preserve the pore structure and volume of the monolith. It can also be dried using microwaves, for example, with a very high heating speed program, in which with the microwave at a power of 1400W, the temperature in the reactor is increased up to 200°C per minute and left to act at that temperature for a few minutes, for example 2 min. The photocatalyst in hydrogel form is a preferred aspect of the invention. The photocatalyst in the form of a lyophilized solid is another preferred aspect of the invention.

El término “agente reductor” o “reductor”, según se usa aquí se refiere a cualquier agente reductor conocido, es decir a un agente capaz de ceder electrones en una reacción de óxidoreducción según la invención. Ejemplos ilustrativos, pero no limitantes de agentes reductores que se pueden usar en la preparación de los fotocatalizadores de la invención son: (i) Borohidruros (por ejemplo, NaBH4), (ii) Hidruro de litio y aluminio (LiAlH4), (iii) Halogenuros de hidrógeno (por ejemplo, HI), (iv) Agentes reductores que contienen azufre (por ejemplo, dióxido de tiourea/NaOH), (v) agente reductor que contiene nitrógeno (por ejemplo, hidracina), (vi) Agentes reductores que contienen oxígeno (por ejemplo, alcohol isopropílico), (vii) Metal-ácido (por ejemplo, Fe HCl), (viii) Metal-base (por ejemplo, Zn/NaOH), (ix) Aminoácido (por ejemplo, glicina ), etc. Preferidos son hidracina y ácido ascórbico (AsA). El más preferido es el ácido ascórbico ya que se disuelve fácilmente en agua, no es tóxico y la reducción se produce rápidamente.The term "reducing agent" or "reducing agent" as used herein refers to any known reducing agent, that is, to an agent capable of giving up electrons in a redox reaction according to the invention. Illustrative, but not limiting, examples of reducing agents that can be used in the preparation of the photocatalysts of the invention are: (i) Borohydrides (e.g., NaBH4), (ii) Lithium aluminum hydride (LiAlH4), (iii) Hydrogen halides (e.g. HI), (iv) Sulfur-containing reducing agents (e.g. thiourea dioxide/NaOH), (v) Nitrogen-containing reducing agent (e.g. hydrazine), (vi) Reducing agents containing contain oxygen (e.g. isopropyl alcohol), (vii) Metal-acid (e.g. Fe HCl), (viii) Metal-base (e.g. Zn/NaOH), (ix) Amino acid (e.g. glycine), etc Preferred are hydrazine and ascorbic acid (AsA). The most preferred is ascorbic acid since it dissolves easily in water, is non-toxic and reduction occurs quickly.

Los parámetros de reacción pueden variar y el proceso se puede controlar cambiando los parámetros, tales como el tipo o la cantidad de los agentes reductores o la temperatura del proceso. Hay parámetros que se pueden cambiar y que influyen en el proceso de formación tipo de óxido de grafeno, de agente reductor, de polímero, y el semiconductor; la temperatura y el tiempo de la reducción.Reaction parameters can vary and the process can be controlled by changing parameters, such as the type or amount of reducing agents or the process temperature. There are parameters that can be changed and that influence the training process type of graphene oxide, reducing agent, polymer, and semiconductor; the temperature and time of reduction.

Como se ha indicado antes, es importante que el óxido de grafeno de partida esté muy oxidado. Durante el proceso de reducción, los grupos funcionales que contienen oxígeno se pierden rápido, y este proceso proporciona las condiciones necesarias para que se forme la estructura.As indicated before, it is important that the starting graphene oxide is highly oxidized. During the reduction process, oxygen-containing functional groups are rapidly lost, and this process provides the necessary conditions for the structure to form.

La cantidad de óxido de grafeno presente en el medio de reacción para que se formen las estructuras puede variar. En realizaciones particulares la cantidad de GO está entre 1 mg/mL y 20 mg/mL, o entre 2 mg/mL y 15 mg/mL, o entre 4 mg/mL y 10 mg/mL, preferiblemente entre 5 mg/mL y 6 mg/mL y más preferiblemente es de aproximadamente 4 mg/mL. Con respecto a las propiedades de las estructuras, la concentración de óxido de grafeno en el medio de reacción determina las dimensiones de la estructura formada. Una mayor concentración de las dispersiones en agua resulta en la formación de estructuras de mayor volumen.The amount of graphene oxide present in the reaction medium for the structures to form can vary. In particular embodiments the amount of GO is between 1 mg/mL and 20 mg/mL, or between 2 mg/mL and 15 mg/mL, or between 4 mg/mL and 10 mg/mL, preferably between 5 mg/mL and 6 mg/mL and more preferably it is about 4 mg/mL. With respect to the properties of the structures, the concentration of graphene oxide in the reaction medium determines the dimensions of the structure formed. A higher concentration of the dispersions in water results in the formation of larger volume structures.

La temperatura a la que se reduce el óxido de grafeno (25° - 90°C) es un parámetro que determina la velocidad de la reacción de reducción y, como consecuencia, las propiedades de las estructuras formadas. A bajas temperaturas, la reacción de reducción, y por lo tanto la reacción de formación de las estructuras, es más lenta, y a temperaturas más altas, las estructuras se forman a mayor velocidad.The temperature at which graphene oxide is reduced (25° - 90°C) is a parameter that determines the speed of the reduction reaction and, as a consequence, the properties of the structures formed. At low temperatures, the reduction reaction, and therefore the structure formation reaction, is slower, and at higher temperatures, structures form at a higher rate.

En cuanto al agente reductor, la cantidad y el tipo de agente son importantes para la reacción de reducción. Estos parámetros afectan a la velocidad de la reacción, que a su vez influye en las propiedades de la estructura formada. La concentración del agente reductor afecta sobre todo a las propiedades de las estructuras. Las proporciones en peso de GO:agente reductor puede ser en realizaciones particulares baja (1:0.5), media (1:1) o alta (1:2). A proporciones más bajas (por ejemplo cuando la proporción de GO:agente reductor es 1:0.5) el proceso de formación es más lento y la estructura resultante es menos compacta y tiene menor resistencia mecánica, presenta más cantidad de macroporos, es decir, poros con un diámetro mayor que 50 nm, y es más rica en grupos funcionales de oxígeno, lo que puede ser importante para algunas aplicaciones. En cuanto al efecto de la temperatura en las propiedades de las estructuras, a temperaturas más bajas (25-45°C) la estructura formada es más débil mecánicamente, pero más rica en grupos funcionales de oxígeno. La temperatura y la cantidad de agente reductor, en combinación, determinan las propiedades de la estructura, especialmente las propiedades mecánicas, la porosidad y la distribución de poros, y también la química de la superficie de las estructuras, ya que determina el nivel de reducción y la cantidad de grupos funcionales de oxígeno presentes. Con el objeto de ahorrar energía más bajas (25-45°C). Variando la cantidad de polímero se puede compensar la reducción en las propiedades mecánicas.As for the reducing agent, the amount and type of agent are important for the reduction reaction. These parameters affect the rate of the reaction, which in turn influences the properties of the structure formed. The concentration of the reducing agent mainly affects the properties of the structures. The weight ratios of GO:reducing agent may in particular embodiments be low (1:0.5), medium (1:1) or high (1:2). At lower proportions (for example when the proportion of GO:reducing agent is 1:0.5) the formation process is slower and the resulting structure is less compact and has lower mechanical resistance, presenting more macropores, that is, pores. with a diameter greater than 50 nm, and is richer in oxygen functional groups, which may be important for some applications. Regarding the effect of temperature on the properties of the structures, at lower temperatures (25-45°C) the structure formed is mechanically weaker, but richer in oxygen functional groups. The temperature and the amount of reducing agent, in combination, determine the properties of the structure, especially the mechanical properties, porosity and pore distribution, and also the surface chemistry of the structures, as it determines the level of reduction and the amount of oxygen functional groups present. In order to save energy lower (25-45°C). By varying the amount of polymer the reduction in mechanical properties can be compensated.

El tipo de polímero y el tipo de semiconductor pueden influir en el proceso de autoensamblado, ya que al adsorberse en las plaquetas de óxido de grafeno, influyen en la movilidad y la afinidad de ensamblado. También pueden afectar las propiedades finales. Por ejemplo, cambiando el semiconductor o usando una combinación de dos o más semiconductores, se puede optimizar la actividad fotocatalítica, la absorción de la luz y la banda de la energía de brecha.The type of polymer and the type of semiconductor can influence the self-assembly process, since when adsorbed on the graphene oxide platelets, they influence the mobility and assembly affinity. They can also affect the final properties. For example, by changing the semiconductor or using a combination of two or more semiconductors, the photocatalytic activity, light absorption, and band gap energy can be optimized.

Los polímeros son componentes inertes que, aunque en general no influyen en la actividad fotocatalítica, pueden mejorar las propiedades fisicoquímicas y contribuir a la formación de un producto con mejor consistencia y resistencia mecánica, mayor duración y capacidad de reutilización.Polymers are inert components that, although in general they do not influence photocatalytic activity, can improve physicochemical properties and contribute to the formation of a product with better consistency and mechanical resistance, greater durability and reusability.

En el proceso de producción de las estructuras, la mezcla inicial de los materiales de partida se lleva a cabo con agitación magnética (entre 100 y 300 rpm, por ejemplo, a 150 rpm) para homogenizar la mezcla. Sin embargo, a continuación, es esencial para la formación de las estructuras de la invención, detener la agitación. El tiempo que debe permanecer entonces la mezcla reaccionado depende de la temperatura. A temperaturas bajas (25-45°C) el proceso puede necesitar entre 24h-48h mientras que a temperaturas altas (60-90°C) el proceso puede completarse en 2-4 h.In the production process of the structures, the initial mixing of the starting materials is carried out with magnetic stirring (between 100 and 300 rpm, for example, at 150 rpm) to homogenize the mixture. However, it is then essential for the formation of the structures of the invention to stop stirring. The time that the reacted mixture must then remain depends on the temperature. At low temperatures (25-45°C) the process may take between 24h-48h while at high temperatures (60-90°C) the process can be completed in 2-4h.

Otra ventaja del proceso de la invención es que no genera productos secundarios y por lo tanto genera una menor cantidad de residuos. Es además un proceso respetuoso con el medio ambiente ya que se puede llevar a cabo en dispersiones acuosas, a temperaturas suaves y que se puede llevar a cabo con reactivos inocuos como por ejemplo usando el ácido ascórbico como reductor.Another advantage of the process of the invention is that it does not generate secondary products and therefore generates a smaller amount of waste. It is also an environmentally friendly process since it can be carried out in aqueous dispersions, at mild temperatures and it can be carried out with harmless reagents such as using ascorbic acid as a reducer.

El método de la invención es fácil, versátil, respetuoso con el medio ambiente, de bajo coste y apto para producción a gran escala.The method of the invention is easy, versatile, environmentally friendly, low cost and suitable for large scale production.

La preparación de las nanoplaquetas de semiconductor no se restringe a un procedimiento particular. Por el contrario, todos los métodos preparativos conocidos pueden utilizarse para preparar las nanoplaquetas utilizadas en el proceso de la invención. Estos incluyen métodos químicos (Eda et al., 2011), intercambio iónico (Browning et al., 2015), evaporación en polvo (PV) (Najmaei et al., 2013), deposición química en fase vapor (CVD) (Eichfeld et al., 2015), deposición de capa atómica (ALD) (Song et al., 2013), epitaxia de haces moleculares (MBE) (Liu et al., 2015), exfoliación térmica, electroquímica y dispersión acuosa. Preferiblemente, las nanoplaquetas del semiconductor se preparan por un método de exfoliación, como por invención incluyen alta temperatura o el uso de disolventes. Preferiblemente el proceso de exfoliación se lleva a cabo a partir de una dispersión acuosa del material semiconductor. The preparation of semiconductor nanoplatelets is not restricted to a particular procedure. On the contrary, all known preparative methods can be used to prepare the nanoplatelets used in the process of the invention. These include chemical methods (Eda et al., 2011), ion exchange (Browning et al., 2015), powder evaporation (PV) (Najmaei et al., 2013), chemical vapor deposition (CVD) (Eichfeld et al., 2015), atomic layer deposition (ALD) (Song et al., 2013), molecular beam epitaxy (MBE) (Liu et al., 2015), thermal exfoliation, electrochemistry, and aqueous dispersion. Preferably, the semiconductor nanoplatelets are prepared by an exfoliation method, such as invention include high temperature or the use of solvents. Preferably the exfoliation process is carried out from an aqueous dispersion of the semiconductor material.

El término “tridimensional” o “3D” como se usa aquí, se refiere a una estructura geométrica de los materiales, en la que cada uno de los puntos que la configuran está caracterizado por tres dimensiones, por ejemplo, ancho, altura y profundidad.The term “three-dimensional” or “3D” as used here, refers to a geometric structure of materials, in which each of the points that make it up is characterized by three dimensions, for example, width, height and depth.

El término “bidimensional” o “2D” en el contexto de la invención, se refiere a materiales tipo plaquetas y nanoplaquetas que se caracterizan mediante su espesor y una dimensión lateral la cual siempre es mayor que el espesor.The term "two-dimensional" or "2D" in the context of the invention refers to platelet- and nanoplatelet-type materials that are characterized by their thickness and a lateral dimension which is always greater than the thickness.

El término “nanopartículas poliméricas” en el contexto de la invención pueden tener un diámetro medio de entre 0.5-1000 nm, por ejemplo, entre 1-500 nm, o entre 1 y 250 nm. The term "polymeric nanoparticles" in the context of the invention may have an average diameter of between 0.5-1000 nm, for example, between 1-500 nm, or between 1 and 250 nm.

El término “integrado” se refiere a que las nanoplaquetas del semiconductor o semiconductores están incorporadas a la estructura tridimensional del óxido de grafeno reducido, repartidas de forma uniforme, homogénea en la estructura.The term “integrated” refers to the fact that the nanoplatelets of the semiconductor or semiconductors are incorporated into the three-dimensional structure of the reduced graphene oxide, distributed uniformly, homogeneously throughout the structure.

“Temperatura ambiente” se refiere a una temperatura de 25°C.“Ambient temperature” refers to a temperature of 25°C.

Los materiales de la invención tienen muchas aplicaciones, sobre todo en tecnologías de protección medioambiental, en la captura y/o conversión química de contaminantes del aire, agua o el suelo o como catalizadores en reacciones químicas. Posibles usos incluyen: adsorción y degradación de contaminantes orgánicos o inorgánicos del agua, aire o tierra, por ejemplo, metales pesados, petróleo, antibióticos, colorantes o tintes orgánicos y otros contaminantes, descontaminación de los suelos para eliminar pesticidas y otros contaminantes.; captura y conversión fotocatalítica del CO2 , disociación fotocatalítica del agua para producir oxígeno e hidrógeno, captura y degradación de productos nocivos del tabaco, etc.The materials of the invention have many applications, especially in environmental protection technologies, in the capture and/or chemical conversion of pollutants from air, water or soil or as catalysts in chemical reactions. Possible uses include: adsorption and degradation of organic or inorganic contaminants from water, air or land, for example, heavy metals, petroleum, antibiotics, organic dyes or dyes and other contaminants, decontamination of soils to remove pesticides and other contaminants; capture and photocatalytic conversion of CO 2 , photocatalytic dissociation of water to produce oxygen and hydrogen, capture and degradation of harmful tobacco products, etc.

Por su estructura porosa, los materiales de la invención tienen utilidad en aplicaciones que requieren el uso de materiales porosos. Posibles aplicaciones incluyen entre otras: separación y almacenamiento de gas, agentes de encapsulación en sistemas de administración de fármacos, catalizadores o soportes para catalizadores, materiales para electrodos y para almacenamiento de energía, soportes para inmovilización de biomoléculas (producción de biocatalizadores híbridos) y andamios celulares, materiales para uso en cromatografía, en materiales fotónicos, membranas de separación y recubrimientos anti reflectantes. Due to their porous structure, the materials of the invention are useful in applications that require the use of porous materials. Possible applications include among others: gas separation and storage, encapsulation agents in drug delivery systems, catalysts or supports for catalysts, materials for electrodes and for energy storage, supports for immobilization of biomolecules (production of hybrid biocatalysts) and scaffolds cells, materials for use in chromatography, photonic materials, separation membranes and anti-reflective coatings.

Los ejemplos siguientes ilustran la invención.The following examples illustrate the invention.

Materiales y métodosMaterials and methods

MaterialesMaterials

El óxido de grafeno de partida (GO) se obtuvo de Graphenea, en forma de dispersión acuosa de 4mg/mL y 10 mg/mL, con contenido en monocapa de >95%, y pH entre 2.2-2.5. El análisis elemental del GO mostraba C: 49-56%, H: 0-1%, N: 0-1%, S: 2-4% and O: 41-50%.The starting graphene oxide (GO) was obtained from Graphenea, in the form of an aqueous dispersion of 4 mg/mL and 10 mg/mL, with a monolayer content of >95%, and a pH between 2.2-2.5. The elemental analysis of GO showed C: 49-56%, H: 0-1%, N: 0-1%, S: 2-4% and O: 41-50%.

Acido L-Ascórbico (AsA) se usó como agente reductor (>99.0%, Sigma-Aldrich). Para la síntesis de las nanoplaquetas 2D, se usaron seis materiales semiconductores diferentes: i) nitruro de galio(III) - GaN, (99.99%, Alfa Aesar) con un máximo de 0.01% de impurezas metálicas; ii) sulfuro de tungsteno(IV) -WS2 (99%, Sigma-Aldrich), con tamaño de partícula 2μm; iii) óxido de zinc - ZnO (99.99%, Sigma-Aldrich) con análisis de elementos traza ≤ 150.0 ppm; iv) sulfuro de cadmio - CdS (Sigma-Aldrich); v) óxido de cerio(IV) - CeO2 (99.9%, Sigma-Aldrich), con tamaño de partícula ≤5μm, con análisis de trazas de tierras raras ≤ 1500.0 ppm; vi) sulfuro de molibdeno(IV) - MoS2 (99%, Sigma-Aldrich), con tamaño de partícula ≤2μm.L-Ascorbic acid (AsA) was used as a reducing agent (>99.0%, Sigma-Aldrich). For the synthesis of the 2D nanoplatelets, six different semiconductor materials were used: i) gallium(III) nitride - GaN, (99.99%, Alfa Aesar) with a maximum of 0.01% metal impurities; ii) tungsten(IV) sulfide-WS 2 (99%, Sigma-Aldrich), with a particle size of 2 μm; iii) zinc oxide - ZnO (99.99%, Sigma-Aldrich) with trace element analysis ≤ 150.0 ppm; iv) cadmium sulfide - CdS (Sigma-Aldrich); v) cerium(IV) oxide - CeO 2 (99.9%, Sigma-Aldrich), with particle size ≤5μm, with trace analysis of rare earths ≤ 1500.0 ppm; vi) molybdenum(IV) sulfide - MoS 2 (99%, Sigma-Aldrich), with particle size ≤2μm.

Metacrilato de metilo, grado técnico (MMA, Quimidroga) y metacrilato de glicidilo (GMA) (>97.0%, Sigma-Aldrich), se usaron sin purificación. Como iniciador radical soluble en agua se utilizó persulfato de potasio (KPS), como surfactante aniónico se utilizó ll dodecilsulfato sódico (SDS) y como tampón y para controlar la viscosidad de microemulsión por reducción de las interacciones electrostáticas se usó bicarbonato sódico (NaHCO3) todos obtenidos de Aldrich. Como medio de polimerización se utilizó agua desionizada. Para los experimentos de adsorción se usó azul de metileno (MB) (> 82% en peso contenido de colorante) de Sigma-Aldrich.Methyl methacrylate, technical grade (MMA, Quimidroga) and glycidyl methacrylate (GMA) (>97.0%, Sigma-Aldrich), were used without purification. Potassium persulfate (KPS) was used as a water-soluble radical initiator, sodium dodecyl sulfate (SDS) was used as an anionic surfactant, and sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) was used as a buffer and to control the microemulsion viscosity by reducing electrostatic interactions. all obtained from Aldrich. Deionized water was used as the polymerization medium. Methylene blue (MB) (>82 wt% dye content) from Sigma-Aldrich was used for adsorption experiments.

Síntesis de nanopartículas poliméricasSynthesis of polymeric nanoparticles

La preparación de partículas de PMMA (Polimetacrilato de metilo) funcionalizado con grupos epoxi, se llevó a cabo mediante polimerización en emulsión de mezcla monomérica de MMNGMA en una relación en peso de 90/10 (Se pueden usar distintos monómeros funcionales en distintas cantidades y así obtener nanopartículas de polímeros funcionalizados con diversos grupos). La tabla 1 muestra un ejemplo de una formulación para sintetizar una dispersión acuosa de partículas de polímero con un contenido de sólidos del 20% en peso respecto al peso total de la dispersión resultante. The preparation of PMMA (Polymethyl methacrylate) particles functionalized with epoxy groups was carried out by emulsion polymerization of a monomeric mixture of MM N GMA in a weight ratio of 90/10 (Different functional monomers can be used in different amounts. and thus obtain nanoparticles of functionalized polymers with various groups). Table 1 shows an example of a formulation to synthesize an aqueous dispersion of polymer particles with a solids content of 20% by weight with respect to the total weight of the resulting dispersion.

Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001

La reacción se llevó a cabo en un reactor de 250 ml, equipado con un rotor de acero inoxidable, un condensador y una entrada de nitrógeno. La solución acuosa del iniciador KPS y NaHCO3 se preparó aparte y se dejó homogeneizar a temperatura ambiente. La emulsión se preparó mezclando las dos fases, la fase orgánica de mezcla monomérica y la fase acuosa de disolución de SDS en agua. La emulsión se añadió al reactor y se agitó a temperatura ambiente durante 15 minutos. Posteriormente se calentó el reactor a 70 oC, se añadió de una vez la disolución de KPS/ NaHCO3 y se dejó polimerizar bajo atmosfera de nitrógeno durante 1.5 horas. En la mezcla resultante de partículas de polímero en agua la conversión de monómeros era de 99% con diámetro medio de partícula de 70 nm.The reaction was carried out in a 250 ml reactor, equipped with a stainless steel rotor, a condenser and a nitrogen inlet. The aqueous solution of the KPS initiator and NaHCO3 was prepared separately and allowed to homogenize at room temperature. The emulsion was prepared by mixing the two phases, the organic phase of monomeric mixture and the aqueous phase of dissolving SDS in water. The emulsion was added to the reactor and stirred at room temperature for 15 minutes. Subsequently, the reactor was heated to 70 oC, the KPS/NaHCO3 solution was added all at once and allowed to polymerize under a nitrogen atmosphere for 1.5 hours. In the resulting mixture of polymer particles in water, the conversion of monomers was 99% with an average particle diameter of 70 nm.

Preparación de nanoplaquetas de semiconductorPreparation of semiconductor nanoplatelets

Las nanoplaquetas bidimensionales (2D) se prepararon a partir de cristales de los respectivos materiales semiconductores (MoS2, WS2, CeO2, CdS, GaN, or ZnO). Los cristales se trituraron en un mortero hasta tener un tamaño de grano de menos de 2 Dm. Se preparó una dispersión del polvo resultante en agua/etanol y se sometió a sonicación con agitación durante 1 h a 360 W (1 seg encendido y 2 seg apagado) con un sonicador de punta Branson 450 (Danbury, CT). El matraz se mantuvo frío en un baño de agua-hielo durante la sonicación.The two-dimensional (2D) nanoplatelets were prepared from crystals of the respective semiconductor materials (MoS2, WS2, CeO2, CdS, GaN, or ZnO). The crystals were crushed in a mortar until they had a grain size of less than 2 Dm. A dispersion of the resulting powder was prepared in water/ethanol and sonicated with shaking for 1 h at 360 W (1 sec on and 2 sec off) with a Branson 450 tip sonicator (Danbury, CT). The flask was kept cold in an ice-water bath during sonication.

La dispersión resultante se usó directamente en la preparación de materiales 3D.The resulting dispersion was directly used in the preparation of 3D materials.

El análisis y la caracterización estructural de las nanoplaquetas se llevó a cabo mediante microscopía electrónica de trasmisión (TEM).The analysis and structural characterization of the nanoplatelets was carried out by transmission electron microscopy (TEM).

Síntesis de estructuras tridimensionales (3D) de óxido de grafeno reducido (rGO)/plaquetas bidimensionales (2D) y de rGO /plaquetas 2D/polímeroSynthesis of three-dimensional (3D) structures of reduced graphene oxide (rGO)/two-dimensional (2D) platelets and of rGO/2D platelets/polymer

Una cantidad adecuada de dispersión de óxido de grafeno GO se mezcló con una dispersión de nanoplaquetas 2D de semiconductor. An appropriate amount of GO graphene oxide dispersion was mixed with a 2D semiconductor nanoplatelet dispersion.

/nanoplaquetas 2D/polímero se añadió a la dispersión de GO:nanoplaquetas 2D, una proporción adecuada de partículas poliméricas. La proporción entre el peso del material GO/2D y el peso del polímero puede variar y varias proporciones se han usado, aunque en un caso particular la proporción de 4 a 1. En este momento se añadió la proporción adecuada de agente reductor, en este caso el ácido ascórbico, en tres cantidades respecto al peso de óxido de grafeno (GO:AsA 1:0.5; 1:1; y 1:2). La mezcla se agitó durante 0.5 hora para homogenizar. Finalmente, la mezcla homogénea de GO/2D nanoplaquetas/AsA o de GO/2D nanoplaquetas/polímero/AsA se calentó en un horno (estufa de vacío, Binder, Tuttlingen, Germany) y se mantuvo durante toda la noche a la temperatura elegida (45 oC, 60 oC o 90 oC) para la formación de los materiales de nanoestructura tridimensional. Estos materiales son hidrogeles y están altamente hinchados de agua. Una vez fuera del horno, el material mojado formado se lavó mediante diálisis en agua Mili Q durante varios días, cambiando el agua diariamente hasta que la conductividad del agua era constante (menos de 10 pS/cm). A continuación, la estructura 3D se secó mediante liofilización para dar el material monolítico 3D./2D nanoplatelets/polymer, an appropriate proportion of polymer particles was added to the GO:2D nanoplatelets dispersion. The ratio between the weight of the GO/2D material and the weight of the polymer can vary and various ratios have been used, although in one particular case the ratio was 4 to 1. At this time the appropriate proportion of reducing agent was added, in this case ascorbic acid, in three quantities with respect to the weight of graphene oxide (GO:AsA 1:0.5; 1:1; and 1:2). The mixture was stirred for 0.5 hour to homogenize. Finally, the homogeneous mixture of GO/2D nanoplatelets/AsA or GO/2D nanoplatelets/polymer/AsA was heated in an oven (vacuum oven, Binder, Tuttlingen, Germany) and kept overnight at the chosen temperature ( 45 oC, 60 oC or 90 oC) for the formation of three-dimensional nanostructure materials. These materials are hydrogels and are highly swollen with water. Once out of the oven, the wet material formed was washed by dialysis in Mili Q water for several days, changing the water daily until the water conductivity was constant (less than 10 pS/cm). The 3D structure was then dried by freeze-drying to give the 3D monolithic material.

CaracterizaciónCharacterization

La morfología de los materiales 3D secados obtenidos, se examinó mediante microscopia electrónica de barrido (SEM or EDX): modelo de mesa Hitachi TM3030, voltaje de aceleración de 15kV, después de cubrir las muestras con una capa fina de oro. En las tablas de los resultados, determinada por análisis EDX, se presenta la composición elemental de los materiales en % en peso.The morphology of the dried 3D materials obtained was examined by scanning electron microscopy (SEM or EDX): Hitachi TM3030 table model, accelerating voltage of 15kV, after covering the samples with a thin layer of gold. In the tables of the results, determined by EDX analysis, the elemental composition of the materials is presented in % by weight.

Para determinar el tamaño y la forma de las nanoplaquetas 2D de seminconductor exfoliadas se utilizó microscopia de trasmisión electrónica (TEM). Una solución diluida (1 % en peso) en agua fue depositada en malla de cobre de 300 mesh. La caracterización se llevó a cabo con un microscopio Tecnai G220 Twin (FEI) a un voltaje de aceleración de 200 keV en modo de imagen de campo claro.Transmission electron microscopy (TEM) was used to determine the size and shape of the exfoliated 2D semiconductor nanoplatelets. A diluted solution (1% by weight) in water was deposited on a 300 mesh copper mesh. Characterization was carried out with a Tecnai G220 Twin (FEI) microscope at an acceleration voltage of 200 keV in bright field imaging mode.

Demostración de la actividad fotocatalíticaDemonstration of photocatalytic activity

Para examinar la actividad fotocatalítica de los materiales 3D, se eligió una molécula aromática de color azul (azul de metileno orgánico (MB)). Este compuesto se usa como tinte en la industria textil y las aguas residuales contienen generalmente este colorante, causando serios problemas en la vida acuática y cambios en el medio ambiente. La adsorción y degradación de MB disuelto en soluciones acuosas es por lo tanto muy importante y de gran utilidad medioambiental. To examine the photocatalytic activity of the 3D materials, a blue-colored aromatic molecule (organic methylene blue (MB)) was chosen. This compound is used as a dye in the textile industry and wastewater generally contains this dye, causing serious problems in aquatic life and changes in the environment. The adsorption and degradation of MB dissolved in aqueous solutions is therefore very important and of great environmental utility.

rGO/polímero/nanoplaquetas 2D, y también las nanoplaquetas 2D en dispersión acuosa, se añadieron a la disolución acuosa de MB con concentración de 0.1 mg/ml. Los materiales 3D de óxido de grafeno son muy buenos adsorbentes de moléculas orgánicas, por ello, las soluciones acuosas perdieron rápidamente el color en el caso de todos los materiales 3D, incluso con los que no contenían nanoplaquetas de semiconductor. Sin embargo, se esperaba que los materiales 3D que contenían nanoplaquetas de semiconductor fueran capaces de degradar las moléculas de MB adsorbidas.rGO/polymer/2D nanoplatelets, and also the 2D nanoplatelets in aqueous dispersion, were added to the MB aqueous solution with a concentration of 0.1 mg/ml. Graphene oxide 3D materials are very good adsorbents of organic molecules, therefore, the aqueous solutions quickly lost color in the case of all 3D materials, even those that did not contain semiconductor nanoplatelets. However, it was expected that 3D materials containing semiconductor nanoplatelets would be able to degrade the adsorbed MB molecules.

Los experimentos fotocatalíticos se llevaron a cabo en una cámara equipada con 20 lámparas de luz UV de 15 W cada una, (modelo BS 03, Dr. Grobel UV-Elektronik GmbH). La irradiancia de la luz UV es de 7 mW/cm2. Para el experimento se colocó en la cámara UV el reactor que contenía la disolución acuosa de MB a la que se había añadido 1 mg del material 3D por cada 0,01 mg de MB.The photocatalytic experiments were carried out in a chamber equipped with 20 UV light lamps of 15 W each, (model BS 03, Dr. Grobel UV-Elektronik GmbH). The irradiance of UV light is 7 mW/cm2. For the experiment, the reactor containing the aqueous MB solution to which 1 mg of the 3D material had been added for every 0.01 mg of MB was placed in the UV chamber.

Para distinguir entre los mecanismos de adsorción y degradación del MB, se compararon los procesos en los que se habían usado los materiales 3D de rGO/nanoplaquetas 2D y rGO/nanoplaquetas 2D/polímero, con los procesos en los que los materiales 3D solo estaban formados de rGO. En este caso (solo rGO) se asumía que solo se produciría adsorción de MB en el material 3D.To distinguish between the adsorption and degradation mechanisms of MB, the processes in which the 3D materials of rGO/2D nanoplatelets and rGO/2D nanoplatelets/polymer had been used were compared with the processes in which the 3D materials were only formed. from rGO. In this case (rGO only) it was assumed that only MB adsorption would occur on the 3D material.

Para seguir la decoloración de la solución acuosa (desaparición de MB de ella), se utilizó espectroscopia UV. Para analizar la solución acuosa de MB y en el caso de degradación, para analizar los productos obtenidos, se utilizó espectrometría de masas MALDI-TOF.To follow the discoloration of the aqueous solution (disappearance of MB from it), UV spectroscopy was used. To analyze the aqueous solution of MB and in the case of degradation, to analyze the products obtained, MALDI-TOF mass spectrometry was used.

Las medidas de absorción UV-Vis se hicieron en un espectrómetro Shimadzu (modelo UV-2550 230 V). Las medidas en el rango 300-800 nm se llevaron a cabo a temperatura ambiente. Todas las soluciones se diluyeron a 1 ml de agua mili-Q, usando 50 μl de la disolución de azul de metileno (MB) inicial y/o para la solución de cada experimento de fotocatálisis.UV-Vis absorption measurements were made on a Shimadzu spectrometer (model UV-2550 230 V). Measurements in the range 300–800 nm were carried out at room temperature. All solutions were diluted to 1 ml of milli-Q water, using 50 μl of the initial methylene blue (MB) solution and/or for the solution of each photocatalysis experiment.

Las medidas de MALDI-TOF-MS se llevaron a cabo en un instrumento Bruker Autoflex Speed (Bruker, Germany) equipado con un láser de 355 nm Nd:YAG. Los espectros se obtuvieron en modo reflector de ion positivo y modo lineal (voltaje de aceleración de 20 kV, presión 5 x 10-6 mbar). Muestras de aproximadamente 0.5 μL de solución resultante de los experimentos de decoloración fueron analizadas. Para cada espectro se acumularon 10000 disparos de láser. MALDI-TOF-MS measurements were carried out on a Bruker Autoflex Speed instrument (Bruker, Germany) equipped with a 355 nm Nd:YAG laser. Spectra were obtained in positive ion reflector mode and linear mode (acceleration voltage 20 kV, pressure 5 x 10-6 mbar). Samples of approximately 0.5 μL of solution resulting from the decolorization experiments were analyzed. For each spectrum, 10,000 laser shots were accumulated.

ResultadosResults

Caracterización de los sistemas fotocatalíticos 3D y su actividad fotocatalítica Ejemplo 1: WS2/rGO, preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:4. Condiciones de síntesis: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 en peso Characterization of 3D photocatalytic systems and their photocatalytic activity Example 1: WS 2 /rGO, prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:4. Synthesis conditions: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 by weight

Ejemplo 2: WS2/rGO preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:4. Condiciones de síntesis: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 en peso y 20% en peso de polímero con relación a WS2/GO Example 2: WS 2 /rGO prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:4. Synthesis conditions: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 by weight and 20% by weight of polymer in relation to WS 2 /GO

Ejemplo 3: WS2/rGO, preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:3. Condiciones de síntesis: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 Example 3: WS 2 /rGO, prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:3. Synthesis conditions: T = 60°C, GO: AsA = 1:1

Ejemplo 4: WS2/rGO, preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:4, a alta temperatura. Condiciones de síntesis: T = 90°C, GO: AsA = 1:1 Example 4: WS 2 /rGO, prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:4, at high temperature. Synthesis conditions: T = 90°C, GO: AsA = 1:1

Ejemplo 5: WS2/rGO/Pol preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:4, a alta temperatura. Condiciones de síntesis: T=90°C, GO:AsA=1:1 y 20% en peso de polímero con relación a WS2/GO. Example 5: WS 2 /rGO/Pol prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:4, at high temperature. Synthesis conditions: T=90°C, GO:AsA=1:1 and 20% by weight of polymer in relation to WS 2 /GO.

Ejemplo 6: WS2/rGO preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:4, con menor cantidad de AsA. Condiciones de síntesis: T=60 oC, GO:AsA=1:0.5 Example 6: WS 2 /rGO prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:4, with a lower amount of AsA. Synthesis conditions: T=60 oC, GO:AsA=1:0.5

Ejemplo 7: MoS2/rGO preparado a partir de MoS2/GO con una relación en peso de 1:4. Condiciones de síntesis T = 60°C, GO:AsA = 1: 1 Example 7: MoS 2 /rGO prepared from MoS 2 /GO with a weight ratio of 1:4. Synthesis conditions T = 60°C, GO:AsA = 1: 1

Ejemplo 8: MoS2/rGO/Pol preparado a partir de MoS2/GO con una relación en peso de 1:4. Condiciones de síntesis: polímero: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 y 20% en peso de polímero con relación a MoS2/GO Example 8: MoS 2 /rGO/Pol prepared from MoS 2 /GO with a weight ratio of 1:4. Synthesis conditions: polymer: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 and 20% by weight of polymer relative to MoS 2 /GO

Ejemplo 1: Síntesis y caracterización de WSExample 1: WS synthesis and characterization 22 /rGO, preparado a partir de WS/rGO, prepared from WS 22 /GO con una relación en peso de 1:4/GO with a weight ratio of 1:4

Comparación de la actividad fotocatalítica del sistema WS2/rGO con las nanoplaquetas de WS2 puro y con rGO puroComparison of the photocatalytic activity of the WS 2 /rGO system with pure WS 2 nanoplatelets and with pure rGO

Condiciones de síntesis: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 en peso; WS2:GO = 1:4 en pesoSynthesis conditions: T = 60°C, GO: AsA = 1:1 by weight; WS2:GO = 1:4 by weight

En la Figura 1a, se pueden ver las imágenes TEM de las nanopartículas WS2 iniciales producidas por sonicación del cristal a granel de WS2 , en las que se pueden ver nanoplaquetas 2D, con dimensión lateral de entre 50 - 250 nm.In Figure 1a , the TEM images of the initial WS 2 nanoparticles produced by sonication of the bulk WS 2 crystal can be seen, in which 2D nanoplatelets can be seen, with lateral dimension between 50 - 250 nm.

Estos nanomateriales, combinados con GO, que posteriormente se redujo, produjeron 3D WS2/rGO. Las imágenes SEM de la estructura 3D hecha solo de rGO y de híbrido WS2/rGO se presentan en las Figuras 1b y 1c, respectivamente. Se obtuvieron materiales porosos en mostrando la composición elemental de rGO y WS2/rGO en % en peso que demuestra la incorporación exitosa del fotocatalizador WS2 dentro de la estructura 3D rGO.These nanomaterials, combined with GO, which was subsequently reduced, produced 3D WS 2 /rGO. The SEM images of the 3D structure made of rGO alone and WS 2 /rGO hybrid are presented in Figures 1b and 1c , respectively. Porous materials were obtained in showing the elemental composition of rGO and WS 2 /rGO in wt% demonstrating the successful incorporation of the WS 2 photocatalyst within the 3D rGO structure.

Tabla 1.1: Composición elemental de las estructuras 3D rGO y WS2/rGO del Ejemplo 1, determinada por EDX. Table 1.1 : Elemental composition of the 3D rGO and WS 2 /rGO structures of Example 1, determined by EDX.

Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0001

En la Figura 1d se muestra la cinética del proceso de deco oración de la so ución acuosa de azul de metileno (MB) (seguida de espectrofotometría UV). Estos resultados se obtuvieron colocando el material fotocatalítico en una solución acuosa de MB e irradiando con luz UV (368 nm). La concentración de MB era de 0.1 mg/mL y en todos los casos se añadió 1 mg de material fotocatalítico por cada 0.01 mg de MB en solución. El material 3D adsorbe el colorante MB de la solución, y en la superficie del WS2 se degrada por la fotoiniciación producida por la luz ultravioleta. Figure 1d shows the kinetics of the decoration process of the aqueous methylene blue (MB) solution (followed by UV spectrophotometry). These results were obtained by placing the photocatalytic material in an aqueous solution of MB and irradiating with UV light (368 nm). The concentration of MB was 0.1 mg/mL and in all cases 1 mg of photocatalytic material was added for every 0.01 mg of MB in solution. The 3D material adsorbs the MB dye from the solution, and on the surface of the WS 2 it is degraded by photoinitiation produced by ultraviolet light.

El mismo experimento se realizó también sin luz ultravioleta (experimento en oscuro), en cuyo caso la decoloración de la solución acuosa de MB se produce simplemente por adsorción del MB por el material 3D. Las nanoplaquetas WS2 y la nanoestructura 3D hecha solo de rGO, se utilizaron también bajo luz ultravioleta como experimentos comparativos. Los resultados de UV de la Figura 1d muestran que, en 3 h, el rGO puro adsorbe el 82% del MB. En el caso del híbrido WS2/rGO, en la oscuridad se adsorbe el 80%.The same experiment was also performed without UV light (dark experiment), in which case the discoloration of the MB aqueous solution occurs simply by adsorption of the MB by the 3D material. The WS 2 nanoplatelets and the 3D nanostructure made only of rGO were also used under UV light as comparative experiments. The UV results in Figure 1d show that, within 3 h, pure rGO adsorbs 82% of the MB. In the case of the WS 2 /rGO hybrid, 80% is adsorbed in the dark.

Bajo luz ultravioleta, la solución acuosa de MB se decolora por completo. La decoloración completa se produce debido a la eliminación del MB adsorbido gracias a la reacción fotocatalítica iniciada por la luz UV que activa los fotocatalizadores WS2. Los productos producidos por la degradación del MB son desorbidos desde la superficie del material 3D en la solución acuosa y analizados. También se analizó la solución acuosa.Under UV light, the MB aqueous solution is completely decolorized. Complete discoloration occurs due to the removal of adsorbed MB thanks to the photocatalytic reaction initiated by UV light that activates the WS 2 photocatalysts. The products produced by the degradation of MB are desorbed from the surface of the 3D material into the aqueous solution and analyzed. The aqueous solution was also analyzed.

El WS2 puro (sin rGO) eliminó solo el 56% de MB. Esto demuestra que la presencia de rGO mejoró la actividad fotocatalítica del WS2 de manera importante ya que la decoloración fue más rápida (100% en 30 min) y completa.Pure WS 2 (without rGO) removed only 56% of MB. This demonstrates that the presence of rGO improved the photocatalytic activity of WS 2 significantly since the decolorization was faster (100% in 30 min) and complete.

La degradación de MB se demostró mediante análisis MALDI-TOF-MS de la solución acuosa después de los experimentos de decoloración. La solución acuosa fue analizada. Los degradación, se presentan en las Figuras 1e - 1h. The degradation of MB was demonstrated by MALDI-TOF-MS analysis of the aqueous solution after the decolorization experiments. The aqueous solution was analyzed. The degradation, are presented in Figures 1e - 1h.

En la Figura 1e, se muestran los espectros de masas de la solución acuosa después de la decoloración con 3D rGO/WS2 y con luz UV (1 mg de material 3D por 0.01 mg de MB). En la Figura 1e se presenta la ampliación de cada área (0-100 m/z; 100-200 m/z y 200-300 m/z), junto con la asignación de los picos. En el rango m/z de 0-100, la asignación de los picos es la siguiente: los picos de m/z 23 y 39 se asignan a Na y K, y a medida que aparecen los siguientes picos se asignan a: ácido clorhídrico, pentano, tioacetona, tiazolina, sulfato aniónico, ácido 4 o 3-hidroxibutanoico, 2-aminofenol, anión benceno-Cl, 2-etiltiazol, 4-nitrofenol, ácido bencenosulfónico, sulfito de potasio, tiosulfato de sodio, ácido 4-fenolsulfónico, sulfato de potasio, bencenosulfonato de sodio hidrato. En el rango de más de m/z 200, el pico m/z de 256 se asigna a C14H14N3S (MB con un -CH3 de menos) y el pico de 270 a C15H16N3S. Estos resultados indican que hay una serie de productos intermedios de la reacción de degradación de MB. Se observan solo trazas de MB. Para comprobar si existe la posibilidad de disminuir el número de intermedios creados, el experimento se realizó usando el doble de fotocatalizador 3D WS2/rGO (2 mg por 0.01 mg MB).In Figure 1e , the mass spectra of the aqueous solution after decolorization with 3D rGO/WS 2 and with UV light (1 mg of 3D material per 0.01 mg of MB) are shown. The magnification of each area (0-100 m/z; 100-200 m/z and 200-300 m/z) is presented in Figure 1e , along with the assignment of the peaks. In the m/z range of 0-100, the peak assignment is as follows: peaks at m/z 23 and 39 are assigned to Na and K, and as the following peaks appear they are assigned to: hydrochloric acid, pentane, thioacetone, thiazoline, anionic sulfate, 4- or 3-hydroxybutanoic acid, 2-aminophenol, benzene-Cl anion, 2-ethylthiazole, 4-nitrophenol, benzenesulfonic acid, potassium sulfite, sodium thiosulfate, 4-phenolsulfonic acid, sulfate potassium, sodium benzenesulfonate hydrate. In the range above m/z 200, the m/z peak of 256 is assigned to C 14 H 14 N 3 S (MB with a -CH 3 minus) and the peak of 270 to C 15 H 16 N 3 S. These results indicate that there are a number of intermediate products of the MB degradation reaction. Only traces of MB are observed. To check if there is a possibility of reducing the number of intermediates created, the experiment was carried out using twice the amount of 3D WS 2 /rGO photocatalyst (2 mg per 0.01 mg MB).

En la Figura 1f se muestran los espectros de masas MALDI de la solución acuosa después de 3 h bajo irradiación UV. En comparación con los espectros de la Figura 1e, los mismos intermedios fueron identificados, pero en menor cantidad, lo que indica que al duplicar la cantidad de fotocatalizador, en proporción al MB, se produce más degradación. La aparición de picos de dióxido de azufre indica que una parte del MB se degradó por completo y la presencia de nuevos compuestos como benceno, dimetilanilina y el pico que aparece a m/z de 244, asignado a C12H10ON3S (MB con cuatro -CH3 menos), son resultado de la degradación de los primeros productos, observados previamente. Este resultado muestra que optimizando la cantidad de fotocatalizador WS2/rGO se puede lograr una degradación muy eficiente tanto del MB como de los primeros productos de la reacción.The MALDI mass spectra of the aqueous solution after 3 h under UV irradiation are shown in Figure 1f . Compared to the spectra in Figure 1e , the same intermediates were identified, but in lower quantities, indicating that doubling the amount of photocatalyst, in proportion to the MB, more degradation occurs. The appearance of sulfur dioxide peaks indicates that a part of the MB was completely degraded and the presence of new compounds such as benzene, dimethylaniline and the peak that appears at m/z of 244, assigned to C 12 H 10 ON 3 S (MB with four -CH 3 less), are the result of the degradation of the first products, previously observed. This result shows that by optimizing the amount of WS 2 /rGO photocatalyst, a very efficient degradation of both the MB and the first reaction products can be achieved.

En la Figura 1g, se puede ver una comparación de la composición de la solución acuosa después de la degradación de MB con el 3D WS2/rGO realizada en presencia de luz UV y en la oscuridad. La solución acuosa del experimento en oscuro (curva superior en la Figura 1g) muestra la presencia de MB (el pico marcado), mientras que este pico está ausente en la solución acuosa después del tratamiento con luz UV. También se muestra la ampliación de las tres áreas características como comparación. In Figure 1g , a comparison of the composition of the aqueous solution after degradation of MB with the 3D WS 2 /rGO performed in the presence of UV light and in the dark can be seen. The aqueous solution from the dark experiment (upper curve in Figure 1g ) shows the presence of MB (the marked peak), while this peak is absent in the aqueous solution after UV light treatment. Magnification of the three characteristic areas is also shown for comparison.

el doble de WS2/rGO (2 mg de material por 0.1 mg de MB), el material 3D se sometió a desorción con etanol para extraer los posibles componentes adsorbidos en su superficie (MB no degradado y productos de degradación). El análisis MALDI-TOF-MS de la solución obtenida de la desorción se muestra en la Figura 1h, e indica la ausencia de MB. Esto demuestra la degradación fotocatalítica completa de MB, a pesar de que todavía se observan algunos intermedios de reacción (Figura 1f).twice WS 2 /rGO (2 mg of material per 0.1 mg of MB), the 3D material was subjected to ethanol desorption to extract possible components adsorbed on its surface (non-degraded MB and degradation products). MALDI-TOF-MS analysis of the solution obtained from the desorption is shown in Figure 1h , and indicates the absence of MB. This demonstrates complete photocatalytic degradation of MB, even though some reaction intermediates are still observed ( Figure 1f ).

Ejemplo 2: Síntesis y caracterización de WSExample 2: WS synthesis and characterization 22 /rGO, preparado a partir de WS/rGO, prepared from WS 22 /GO con una relación 1:4 en peso/GO with a 1:4 weight ratio

Efecto de adición de polímero sobre la actividad fotocatalítica del sistema WS 2 /rGO Condición de síntesis: T = 60°C, GO: AsA = 1:1; WS2:GO = 1: 4, cantidad de polímero 20% en peso en relación a WS2/GO Effect of polymer addition on the photocatalytic activity of the WS 2 /rGO system Synthesis condition: T = 60°C, GO: AsA = 1:1; WS2:GO = 1: 4, polymer amount 20% by weight in relation to WS 2 /GO

En este ejemplo, se agregaron nanopartículas de polímero al mismo fotocatalizador del Ejemplo 1 para mejorar el manejo, la durabilidad y aumentar la facilidad de purificación y reutilización de los fotocatalizadores. La cantidad de polímero fue del 20% en peso en relación con el peso de WS2/rGO.In this example, polymer nanoparticles were added to the same photocatalyst from Example 1 to improve handling, durability, and increase the ease of purification and reuse of the photocatalysts. The amount of polymer was 20% by weight relative to the weight of WS 2 /rGO.

En la Figura 2a se pueden ver las imágenes SEM del material compuesto 3D, mostrando una estructura esponjosa, con una morfología porosa muy bien desarrollada. Las nanoplaquetas WS2 se ven en la imagen como estructuras blancas sobre la estructura compuesta polímero/rGO en color gris. En la Tabla 2.1, se muestra la composición elemental determinada a partir de los resultados de EDX para este sistema, lo que demuestra la incorporación de nanoplaquetas 2D de WS2 en la estructura 3D compuesta.In Figure 2a you can see the SEM images of the 3D composite material, showing a spongy structure, with a very well developed porous morphology. The WS 2 nanoplatelets are seen in the image as white structures on the gray polymer/rGO composite structure. The elemental composition determined from EDX results for this system is shown in Table 2.1 , demonstrating the incorporation of WS 2 2D nanoplatelets into the composite 3D structure.

Tabla 2.1: Composición elemental de 3D WS2/rGO/Pol del Ejemplo 2, determinada por EDX Table 2.1 : Elemental composition of 3D WS 2 /rGO/Pol from Example 2, determined by EDX

Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001

La Figura 2b presenta la cinética del proceso de decoloración de una solución acuosa de MB de concentración 0.1 mg/mL, por la nanoestructura 3D WS2/rGO/Pol bajo luz UV durante 3 h. Este resultado se compara con el mismo experimento realizado en la oscuridad y con los mismos experimentos realizados con 3D rGO puro y WS2 puro. La Figura 2b muestra que en presencia del compuesto WS2/rGO/Pol bajo luz UV, casi toda la cantidad de MB de la solución con las nanoplaquetas 2D WS2 puras. Figure 2b presents the kinetics of the decolorization process of an aqueous solution of MB with a concentration of 0.1 mg/mL, by the 3D WS 2 /rGO/Pol nanostructure under UV light for 3 h. This result is compared with the same experiment performed in the dark and with the same experiments performed with pure 3D rGO and pure WS 2 . Figure 2b shows that in the presence of the WS 2 /rGO/Pol composite under UV light, almost the entire amount of MB in the solution with pure 2D WS 2 nanoplatelets.

Los espectros de masas de la solución acuosa después de los experimentos de decoloración, obtenidos por MALDI-TOF, se presentan en la Figura 2c. Los espectros muestran que la degradación de MB tuvo lugar cuando se usó el fotocatalizador 3D compuesto en presencia de luz ultravioleta. Es de notar que, aunque todavía hay algo de MB presente en la solución, hay muy pocos intermedios de reacción (tales como: ácido bencenosulfónico, sulfito de potasio, tiosulfato de sodio, ácido 4-fenolsulfónico, sulfato de potasio y bencenosulfonato de sodio hidratado). En el rango de masas más altos, por encima de m/z 200, solo aparecen los picos característicos de las estructuras

Figure imgf000024_0002
y el MB residual. También se observan los nuevos picos de CO2 , NO3-, benceno y 4-aminocatechol. Los productos de reacción indican una degradación eficaz del MB. En la Figura 2d, se puede ver una comparación entre los experimentos realizados con el material WS2/rGO/Pol en presencia de luz UV y en la oscuridad. Como es de esperar, de acuerdo con la invención, se observan muchos menos componentes en la solución acuosa después de la decoloración en presencia de luz UV.The mass spectra of the aqueous solution after the decolorization experiments, obtained by MALDI-TOF, are presented in Figure 2c . The spectra show that MB degradation took place when the composite 3D photocatalyst was used in the presence of UV light. It is noteworthy that although there is still some MB present in the solution, there are very few reaction intermediates (such as: benzenesulfonic acid, potassium sulfite, sodium thiosulfate, 4-phenolsulfonic acid, potassium sulfate, and sodium benzenesulfonate hydrate ). In the higher mass range, above m/z 200, only the characteristic peaks of the structures appear.
Figure imgf000024_0002
and the residual MB. The new peaks of CO 2 , NO 3 -, benzene and 4-aminocatechol are also observed. The reaction products indicate efficient degradation of MB. In Figure 2d , a comparison can be seen between the experiments carried out with the WS 2 /rGO/Pol material in the presence of UV light and in the dark. As expected, according to the invention, much fewer components are observed in the aqueous solution after decolorization in the presence of UV light.

Ejemplo 3: Síntesis y caracterización de WSExample 3: WS synthesis and characterization 22 /rGO, preparado a partir de WS/rGO, prepared from WS 22 /GO con relación 1:3 en peso/GO with 1:3 weight ratio

Efecto del aumento de cantidad de WSEffect of increasing amount of WS 2 2 en la estructura 3D WSin 3D WS structure 22 /rGO/rGO

Figure imgf000024_0003
Figure imgf000024_0003

En este ejemplo se muestran los resultados obtenidos con el fotocatalizador que contiene una mayor cantidad de WS2 en la estructura 3D WS2/rGO, preparado a partir de WS2:GO 1:3 en peso. Las imágenes SEM se muestran en la Figura 3a y la Tabla 3.1 presenta la composición elemental (% en peso) del rGO puro y la nanoestructura compuesta WS2/rGO.This example shows the results obtained with the photocatalyst containing a greater amount of WS 2 in the 3D WS 2 /rGO structure, prepared from WS 2 :GO 1:3 by weight. The SEM images are shown in Figure 3a and Table 3.1 presents the elemental composition (wt %) of pure rGO and WS 2 /rGO composite nanostructure.

Tabla 3.1: Composición elemental de 3D WS2/rGO del Ejemplo 3, determinada por EDX Table 3.1 : Elemental composition of 3D WS 2 /rGO from Example 3, determined by EDX

Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0001

En la Figura 3b, se muestra la cinética del proceso de decoloración de una solución acuosa de 0.1 mg/mL de MB, con el fotocatalizador 3D WS2 /rGO de este ejemplo, en presencia de oscuridad y con el rendimiento de los componentes puros, se observa una decoloración muy rápida en presencia de luz (el MB se elimina en menos de 30 min). Figure 3b shows the kinetics of the decolorization process of an aqueous solution of 0.1 mg/mL of MB, with the 3D WS 2 /rGO photocatalyst of this example, in the presence of darkness and with the yield of pure components, a very rapid discoloration is observed in the presence of light (MB is eliminated in less than 30 min).

La solución acuosa después de la decoloración fue examinada por MALDI-TOF y los resultados se muestran en la Figura 3c. En el primer rango de masas (m/z 100-200) se observan los siguientes productos de la degradación: nitrato, dióxido de azufre, cloruro de hidrógeno del ácido clorhídrico, pentano, benceno, tiazolina, anión sulfato, ácido 4 o 3-hidroxibutanoico, anión benceno-Cl, 2-etiltiazol, 4-nitrofenol, bencenosulfonato de sodio hidrato. Entre masas de m/z 200 y 270 se observa la presencia de C15H16N3S (MB con un -CH3 menos). Todo esto demuestra que la descomposición fotocatalítica de MB con este fotocatalizador es aún más avanzada que con el compuesto preparado a partir de GO y WS2 con una proporción 1:4, con muy pocos productos de degradación y en un área de masa baja. Esto demuestra una gran degradación de los productos de reacción especialmente la degradación de productos de masa molar muy alta que contienen anillos aromáticos conjugados y son los más tóxicos.The aqueous solution after decolorization was examined by MALDI-TOF and the results are shown in Figure 3c. In the first mass range (m/z 100-200) the following degradation products are observed: nitrate, sulfur dioxide, hydrogen chloride of hydrochloric acid, pentane, benzene, thiazoline, sulfate anion, 4- or 3-acid. hydroxybutanoic acid, benzene-Cl anion, 2-ethylthiazole, 4-nitrophenol, sodium benzenesulfonate hydrate. Between masses of m/z 200 and 270, the presence of C 15 H 16 N 3 S (MB with one -CH 3 less) is observed. All this demonstrates that the photocatalytic decomposition of MB with this photocatalyst is even more advanced than with the composite prepared from GO and WS 2 with a ratio of 1:4, with very few degradation products and in a low mass area. This demonstrates a large degradation of the reaction products especially the degradation of very high molar mass products that contain conjugated aromatic rings and are the most toxic.

En los siguientes dos ejemplos, se aumentó la temperatura de reacción de síntesis de los materiales 3D desde 60°C a 90°C y la síntesis se realizó con dos cantidades diferentes de agente reductor (ácido ascórbico, AsA).In the following two examples, the synthesis reaction temperature of the 3D materials was increased from 60°C to 90°C and the synthesis was performed with two different amounts of reducing agent (ascorbic acid, AsA).

Ejemplo 4: Síntesis y caracterización de WSExample 4: WS synthesis and characterization 22 /rGO, preparado a partir de WS/rGO, prepared from WS 22 /GO con una relación en peso de 1:4, a alta temperatura/GO with a weight ratio of 1:4, at high temperature

Efecto del aumento de temperatura durante la síntesis de la estructura 3D WSEffect of temperature increase during the synthesis of 3D WS structure 22 /rGO /rGO Condición de síntesis: T = 90°C, GO: AsA = 1:1; WS2:GO = 1: 4,Synthesis condition: T = 90°C, GO: AsA = 1:1; WS2:GO = 1: 4,

La morfología del 3D WS2/rGO obtenido a alta temperatura se presenta en la Figura 4a y la composición elemental del material se presenta en la Tabla 4.1.The morphology of the 3D WS 2 /rGO obtained at high temperature is presented in Figure 4a and the elemental composition of the material is presented in Table 4.1 .

Table 4.1: EDX resultados del material 3D WS2/rGO del Ejemplo 4 Table 4.1 : EDX results of the 3D WS 2 /rGO material from Example 4

Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0001

Figura 4b. Se puede observar que en presencia de luz UV, se logró la decoloración completa de la solución acuosa de MB en 60 minutos. El proceso de adsorción/degradación fotocatalítica en este caso es un poco más lento que para el mismo material obtenido a menor temperatura. La decoloración realizada en la oscuridad muestra eliminación del 68% del MB de la solución por adsorción. Figure 4b. It can be seen that in the presence of UV light, complete decolorization of the MB aqueous solution was achieved within 60 min. The photocatalytic adsorption/degradation process in this case is a little slower than for the same material obtained at a lower temperature. Decolorization performed in the dark shows removal of 68% of the MB from the solution by adsorption.

La solución acuosa después de la decoloración fue examinada por MALDI-TOF y los resultados se muestran en la Figura 4c. El espectro de masas completo muestra todavía la presencia del pico de MB (la técnica es muy sensible y aparece el pico en concentraciones mínimas). Los espectros ampliados muestran la presencia de los productos de degradación que se detallan a continuación. En el rango m/z de 100-200: dióxido de azufre, benceno, tiazolina, anión sulfato, ácido 4 o 3-hidroxibutanoico, 2-aminofenol, anión benceno-Cl, 4-nitrofenol. En el rango de m/z de 200 a 270: C15H16N3S (MB con un -CH3 menos). Los resultados demuestran que este material presenta una actividad fotocatalítica avanzada ya que se obtienen muy pocos productos de reacción, lo que indica la degradación y eliminación de MB y muchos de los intermedios tóxicos.The aqueous solution after decolorization was examined by MALDI-TOF and the results are shown in Figure 4c. The complete mass spectrum still shows the presence of the MB peak (the technique is very sensitive and the peak appears at minimum concentrations). The magnified spectra show the presence of the degradation products detailed below. In the m/z range of 100-200: sulfur dioxide, benzene, thiazoline, sulfate anion, 4- or 3-hydroxybutanoic acid, 2-aminophenol, benzene-Cl anion, 4-nitrophenol. In the m/z range of 200 to 270: C15H16N3S (MB with one -CH3 less). The results demonstrate that this material has advanced photocatalytic activity since very few reaction products are obtained, indicating the degradation and elimination of MB and many of the toxic intermediates.

Ejemplo 5. Síntesis y caracterización de WS2/rGO/Pol preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:4, a alta temperatura Example 5. Synthesis and characterization of WS 2 /rGO/Pol prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:4, at high temperature

Efecto de la adición de polímero sobre la estructura y el rendimiento fotocatalítico Condiciones de síntesis: T=90°C, GO:AsA=1:1; WS2:GO=1:4; cantidad de polímero 20% en peso en relación a WS2/GO Effect of polymer addition on structure and photocatalytic performance Synthesis conditions: T=90°C, GO:AsA=1:1; WS2:GO=1:4; polymer amount 20% by weight in relation to WS2/GO

Al material producido a 90°C, presentado en el Ejemplo 4, se le añadió polímero, 20% en peso respecto al peso de WS2/GO. La morfología de WS2/rGO/Pol, presentada en la Figura 5a muestra una estructura esponjosa y porosa. La Tabla 5.2 presenta la composición elemental de la estructura del compuesto 3D.To the material produced at 90°C, presented in Example 4 , polymer was added, 20% by weight with respect to the weight of WS2/GO. The morphology of WS2/rGO/Pol, presented in Figure 5a shows a spongy and porous structure. Table 5.2 presents the elemental composition of the 3D composite structure.

Tabla 5.1: Resultados de EDX del sistema WS2/rGO/Pol preparado a 90 oC Table 5.1 : EDX results of the WS2/rGO/Pol system prepared at 90 oC

Figure imgf000026_0001
Figure imgf000026_0001

resultados obtenidos demuestran que los fotocatalizadores compuestos son mucho más eficientes que las plaquetas 2D WS2 en solitario. En ausencia de luz se produce decoloración debido a la adsorción de MB en el material. Se demuestra que la degradación fotocatalítica de MB se produce en presencia de luz UV, gracias al fotocatalizador integrado.The results obtained demonstrate that the composite photocatalysts are much more efficient than the 2D WS 2 platelets alone. In the absence of light, discoloration occurs due to the adsorption of MB on the material. It is demonstrated that the photocatalytic degradation of MB occurs in the presence of UV light, thanks to the integrated photocatalyst.

Ejemplo 6: Síntesis y caracterización de WS2/rGO preparado a partir de WS2/GO con una relación en peso de 1:4. Efecto de reducir la cantidad de agente reductor AsA utilizado para la síntesisExample 6: Synthesis and characterization of WS 2 /rGO prepared from WS 2 /GO with a weight ratio of 1:4. Effect of reducing the amount of reducing agent AsA used for synthesis

Condiciones de síntesis: WS2/GO =1:4, T=60 oC, GO:AsA=1:0.5 Synthesis conditions: WS2/GO =1:4, T=60 oC, GO:AsA=1:0.5

En este ejemplo, se estudió la influencia de la cantidad de AsA usado para la reducción de GO, en las características de la estructura 3D y en su rendimiento fotocatalítico. El AsA en este ejemplo se redujo a la mitad con respecto al usado en los Ejemplos 1-5, donde la relación de GO: AsA es 1:1 en peso. En la Figura 6a se pueden observar las imágenes de SEM de 3D WS2/rGO, y se observa que la muestra es menos porosa que el mismo material obtenido con mayor cantidad de AsA (Ejemplo 1, Figura 1c, GO: AsA = 1:1). La Tabla 6.1 muestra los resultados de EDX en los que se observa una gran incorporación de WS2 en la estructura compuesta 3D.In this example, the influence of the amount of AsA used for the reduction of GO on the characteristics of the 3D structure and its photocatalytic performance was studied. The AsA in this example was reduced by half with respect to that used in Examples 1-5 , where the ratio of GO: AsA is 1:1 by weight. In Figure 6a, the SEM images of 3D WS 2 /rGO can be seen, and it is observed that the sample is less porous than the same material obtained with a greater amount of AsA ( Example 1, Figure 1c , GO: AsA = 1: 1). Table 6.1 shows the EDX results in which a large incorporation of WS 2 is observed in the 3D composite structure.

Tabla 6.1: Composición elemental del 3D WS2/rGO del Ejemplo 6, determinada por EDX Table 6.1 : Elemental composition of the 3D WS 2 /rGO of Example 6, determined by EDX

Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0001

Los experimentos de la decoloración se muestran en la Figura Figura 6b. Sorprendentemente, este material ha demostrado ser muy eficaz en la degradación fotocatalítica del MB, ya que el MB se eliminó completamente de la solución bajo luz UV en 30 min.The bleaching experiments are shown in Figure 6b . Surprisingly, this material has been shown to be very effective in photocatalytic degradation of MB, as MB was completely removed from the solution under UV light within 30 min.

La caracterización por MALDI-TOF demuestra la degradación fotocatalítica de MB, ya que se observa la formación de numerosos productos de degradación. Los espectros de masas de la solución acuosa se pueden ver en la Figura 6c en la que se observa la formación de los siguientes compuestos tras la degradación del MB. En el área de masas de m/z 100 -200: dióxido de azufre, cloruro de hidrógeno del ácido clorhídrico, pentano, tioacetona, benceno, bencenosulfónico, sulfito de potasio, tiosulfato de sodio, ácido 4-fenolsulfónico, sulfato de potasio, bencenosulfonato de sodio hidratado. En el área de masas m/z 200 -300 aparece el pico a m/z 256 asignado a C14H14N3S y m/z 270 asignado a C15H16N3S (MB con un -CH3 menos). El MB se degradó casi por completo en 30 minutos, como se muestra en la Figura Figura 6b determinado por espectroscopía UV. La presencia de MB en la solución (trazas) junto con una gran cantidad de productos de reacción intermedios se observa en la Figura 6c. Los resultados indican que para obtener una mayor eficiencia de degradación fotocatalítica en este sistema, puede ser beneficioso utilizar menos cantidad de agente reductor respecto a la cantidad de GO.Characterization by MALDI-TOF demonstrates the photocatalytic degradation of MB, since the formation of numerous degradation products is observed. The mass spectra of the aqueous solution can be seen in Figure 6c in which the formation of the following compounds is observed after the degradation of MB. In the mass range of m/z 100 -200: sulfur dioxide, hydrogen chloride of hydrochloric acid, pentane, thioacetone, benzene, benzenesulfonic acid, potassium sulfite, sodium thiosulfate, 4-phenolsulfonic acid, potassium sulfate, hydrated sodium benzenesulfonate. In the mass area m/z 200 -300 the peak appears at m/z 256 assigned to C 14 H 14 N 3 S and m/z 270 assigned to C 15 H 16 N 3 S (MB with one -CH 3 less). The MB was almost completely degraded within 30 min, as shown in Figure 6b determined by UV spectroscopy. The presence of MB in the solution (trace) along with a large amount of intermediate reaction products is observed in Figure 6c . The results indicate that to obtain a greater efficiency of photocatalytic degradation in this system, it may be beneficial to use less amount of reducing agent with respect to the amount of GO.

Ejemplo 7: Síntesis y caracterización de MoSExample 7: Synthesis and characterization of MoS 22 /rGO preparado a partir de M0S/rGO prepared from M0S 22 /GO con una relación en peso de 1:4/GO with a weight ratio of 1:4

Actividad fotocatalítica del sistema MoSPhotocatalytic activity of MoS system 22 /rGO/rGO

Condiciones de síntesis M0 S2/GO = 1:4, T = 60°C, GO:AsA = 1: 1Synthesis conditions M0 S2/GO = 1:4, T = 60°C, GO:AsA = 1:1

En la Figura 7a, se pueden ver las imágenes del TEM de las partículas iniciales de MoS2 , que se obtuvieron por sonicación del cristal a granel de MoS2. Se pueden observar nanoplaquetas 2D con una dimensión lateral en un rango de 50 nm a 250 nm.In Figure 7a , one can see the TEM images of the initial MoS 2 particles, which were obtained by sonication of the bulk MoS 2 crystal. 2D nanoplatelets with a lateral dimension in the range of 50 nm to 250 nm can be observed.

La Figura 7b presenta las imágenes SEM de la morfología 3D de las estructuras de MoS2/rGO. La Tabla 7.1 presenta la composición elemental de los compuestos MoS2/rGO, mostrando una gran incorporación del fotocatalizador MoS2. Figure 7b presents the SEM images of the 3D morphology of the MoS 2 /rGO structures. Table 7.1 presents the elemental composition of the MoS 2 /rGO composites, showing a large incorporation of the MoS 2 photocatalyst.

Tabla 7.1: Composición elemental del 3D MoS2/rGO del Ejemplo 7, obtenida por EDX Table 7.1: Elemental composition of the 3D MoS 2 /rGO of Example 7, obtained by EDX

Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001

En la Figura 7c, se muestra la cinética de la decoloración de la solución acuosa de MB. La eficiencia de eliminación de MB mejora significativamente cuando se utilizan materiales compuestos 3D (77%, en presencia de luz) comparado con las nanoplaquetas 2D de MoS2 (11%). Los resultados demuestran que la estructura 3D MoS2/rGO presenta una mejor eficiencia de eliminación y degradación. The kinetics of decolorization of the MB aqueous solution are shown in Figure 7c . The MB removal efficiency is significantly improved when using 3D composites (77%, in the presence of light) compared to 2D MoS 2 nanoplatelets (11%). The results demonstrate that the 3D MoS 2 /rGO structure presents better removal and degradation efficiency.

MoS2/rGO, presentado en la Figura 7d, demuestran que el MB se ha degradado por completo, como el pico característico de MB no aparece en el espectro.MoS2/rGO, presented in Figure 7d, demonstrate that MB has completely degraded, as the characteristic peak of MB does not appear in the spectrum.

Ejemplo 8: Síntesis y caracterización de MoSExample 8: Synthesis and characterization of MoS 22 /rGO/Pol (1:4) preparado a partir de M0S/rGO/Pol (1:4) prepared from M0S 22 /GO con una relación en peso de 1:4/GO with a weight ratio of 1:4

Efecto de la adición de polímero a MoSEffect of polymer addition to MoS 22 /rGO/rGO

Condiciones de síntesis MoS2 :GO = 1:4, polímero: 20% en peso en relación a MoS2 :GO, T = Synthesis conditions MoS 2 :GO = 1:4, polymer: 20% by weight relative to MoS 2 :GO, T =

Figure imgf000029_0002
Figure imgf000029_0002

En este ejemplo se añadió 20% de polímero (% en peso en relación al peso de MoS2/GO). La Figura 8a muestra las imágenes SEM y se observa un material poroso y esponjoso). La distribución del tamaño de los poros a esta escala es de 1 a 10 μm. La Tabla 8.2 muestra la composición elemental de MoS2/rGO/Pol.In this example, 20% polymer was added (% by weight in relation to the weight of MoS 2 /GO). Figure 8a shows the SEM images and a porous and spongy material is observed). The pore size distribution at this scale is 1–10 μm. Table 8.2 shows the elemental composition of MoS 2 /rGO/Pol.

Tabla 8.1: Composición elemental del MoS2/rGO/Pol del Ejemplo 8, determinada por EDX Table 8.1: Elemental composition of MoS 2 /rGO/Pol from Example 8, determined by EDX

Figure imgf000029_0001
Figure imgf000029_0001

La Figura 8b muestra la cinética del proceso de decoloración de la solución acuosa de MB mediante el sistema compuesto 3D en comparación con el rGO puro y el MoS2 puro. Aunque el rGO puro presenta una gran eficiencia de eliminación de MB (adsorción), el rGO solo está adsorbiendo el MB, no degradándolo. En la estructura 3D compuesta, el MB adsorbido se degrada de una forma muy eficaz por el efecto fotocatalítico del fotocatalizador en presencia de luz. Figure 8b shows the kinetics of the decolorization process of MB aqueous solution by the 3D composite system compared with pure rGO and pure MoS 2 . Although pure rGO has high MB removal (adsorption) efficiency, rGO is only adsorbing MB, not degrading it. In the composite 3D structure, the adsorbed MB is degraded very efficiently by the photocatalytic effect of the photocatalyst in the presence of light.

Otros fotocatalizadores que se han preparado siguiendo los procedimientos tal como se han definido en los ejemplos anteriores, excepto por las nanoplaquetas, que fueron de CdS: ejemplos de materiales de CdS/rGO y CdS/rGO/Pol.Other photocatalysts that have been prepared following the procedures as defined in the previous examples, except for the nanoplatelets, which were made of CdS: examples of CdS/rGO and CdS/rGO/Pol materials.

Conclusiones generales de los experimentos UV y MALDI-TOFGeneral conclusions from the UV and MALDI-TOF experiments

En la caracterización con MALDI-TOF se pueden observar algunos picos relacionados con la matriz empleada (por ejemplo Na o K) y otros son productos de degradación del MB, por grupo metilo (-CH3).In the characterization with MALDI-TOF, some peaks related to the matrix used (for example Na or K) can be observed and others are degradation products of the MB, for example. methyl group (-CH 3 ).

En la Tabla C1 se pueden ver los picos reconocidos y atribuidos a los productos de degradación.In Table C1 you can see the peaks recognized and attributed to the degradation products.

Los resultados obtenidos con las muestras del Ejemplo 1, muestran picos con una m/z baja. Esto indica que la degradación del MB ha avanzado mucho.The results obtained with the samples of Example 1 show peaks with a low m/z. This indicates that MB degradation has progressed a lot.

Comparando los Ejemplos 1 y 2, los picos adicionales indican nuevos productos de degradación después de la adición del polímero (Ejemplo 2) a una m/z mucho más baja. Esto indica un progreso en la degradación tanto del MB como de los primeros productos de degradación, lo que indica que incluso una parte del MB estaba mineralizada. Estos picos son

Figure imgf000030_0003
Catecolamina. Por el contrario, el sistema sin polímero muestra presencia de moléculas más grandes, con anillo aromático en su estructura o estructuras conComparing Examples 1 and 2, additional peaks indicate new degradation products after addition of the polymer (Example 2) at a much lower m/z. This indicates progress in the degradation of both the MB and the first degradation products, indicating that even a part of the MB was mineralized. These peaks are
Figure imgf000030_0003
Catecholamine. On the contrary, the system without polymer shows the presence of larger molecules, with an aromatic ring in its structure or structures with

Figure imgf000030_0002
Figure imgf000030_0002

De manera similar, en los Ejemplos 1 y 3 se puede ver el efecto de aumentar la cantidad de nanoplaquetas WS2. Al aumentar la cantidad de nanoplaquetas, se puede ver un mayor número de picos a valores de m/z más bajos, y compuestos aromáticos con una masa molar más baja, entre 158-197 m/z. Estos picos son de

Figure imgf000030_0004
-Catecolamina.Similarly, in Examples 1 and 3 the effect of increasing the amount of WS 2 nanoplatelets can be seen. By increasing the amount of nanoplatelets, a greater number of peaks can be seen at lower m/z values, and aromatic compounds with a lower molar mass, between 158-197 m/z. These peaks are
Figure imgf000030_0004
-Catecholamine.

Finalmente, comparando los Ejemplos 1, 5 y 7, donde se cambiaron los parámetros de preparación, se observa que las muestras preparadas a la misma temperatura (60 oC) muestran similar nivel de degradación, ya que se observan picos muy similares: ácidoFinally, comparing Examples 1, 5 and 7, where the preparation parameters were changed, it is observed that the samples prepared at the same temperature (60 oC) show a similar level of degradation, since very similar peaks are observed: acid

Figure imgf000030_0005
Figure imgf000030_0005

Tabla C1: Picos de MALDI reconocidos y atribuidos a los productos de degradación del azul de metileno para los Ejemplos 1,2, 3, 4, 5, 7, que muestran la m/z y las estructuras químicas. Table C1: MALDI peaks recognized and attributed to methylene blue degradation products for Examples 1,2, 3, 4, 5, 7, showing m/z and chemical structures.

Figure imgf000030_0001
Figure imgf000030_0001

Figure imgf000031_0001
Figure imgf000031_0001

Figure imgf000032_0001
Figure imgf000032_0001

Figure imgf000033_0001
Figure imgf000033_0001

Figure imgf000034_0001
Figure imgf000034_0001

Los procesos llevados a cabo en presencia de luz UV con los materiales de la invención resultaron en la adsorción y degradación fotocatalítica del agente adsorbido. En todos los casos y de acuerdo con la invención, el fotocatalizador integrado en la estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido demostró una actividad fotocatalítica muy superior a la del semiconductor puro (no integrado). Los materiales integrados son materiales monolíticos, de estructura porosa, fáciles de manipular y pueden ser reusados sin perder componentes activos entre ciclos.The processes carried out in the presence of UV light with the materials of the invention resulted in the adsorption and photocatalytic degradation of the adsorbed agent. In all cases and in accordance with the invention, the photocatalyst integrated into the three-dimensional structure of reduced graphene oxide demonstrated a photocatalytic activity much higher than that of the pure (non-integrated) semiconductor. Integrated materials are monolithic materials, with a porous structure, easy to manipulate and can be reused without losing active components between cycles.

En todos los sistemas investigados, se ha demostrado que el semiconductor 2D se ha incorporado al rGO para obtener un fotocatalizador integrado y que la cinética de eliminación del agente (MB en los ejemplos) de la solución acuosa es mucho más rápida con el fotocatalizador integrado que con el fotocatalizador puro 2D.In all the systems investigated, it has been shown that the 2D semiconductor has been incorporated into the rGO to obtain an integrated photocatalyst and that the removal kinetics of the agent (MB in the examples) from the aqueous solution is much faster with the integrated photocatalyst than with the pure 2D photocatalyst.

Los experimentos de los ejemplos también demuestran que los parámetros de la síntesis de los fotocatalizadores integrados (por ejemplo, temperatura, cantidad de agente reductor, proporción de los componentes GO y semiconductor) pueden afectar a la estructura y la eficacia de los fotocatalizadores integrados. Estas variaciones son ventajosas porque permiten adaptar el fotocatalizador dependiendo de la aplicación de interés para el mismo.The experiments in the examples also demonstrate that the synthesis parameters of integrated photocatalysts (e.g., temperature, amount of reducing agent, ratio of GO and semiconductor components) can affect the structure and efficiency of integrated photocatalysts. These variations are advantageous because they allow the photocatalyst to be adapted depending on the application of interest.

ReferenciasReferences

[1] Nano Research 2017, 10(5), 1662-1672.[1] Nano Research 2017, 10(5), 1662-1672.

[2] ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2227-2233.[2] ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2227-2233.

[3] J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 3605 - 3612.[3] J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 3605 - 3612.

[4] Applied Catalysis B: Environmental 2016, 199, 412-423.[4] Applied Catalysis B: Environmental 2016, 199, 412-423.

[5] Applied Catalysis B: Environmental 2018, 221, 36-46.[5] Applied Catalysis B: Environmental 2018, 221, 36-46.

[6] Separation and Purification Technology 2018, 194, 96-103.[6] Separation and Purification Technology 2018, 194, 96-103.

[7] ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 5718-5724. [7] ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 5718-5724.

[9] Applied Catalysis B: Environmental 217 (2017) 65-80.[9] Applied Catalysis B: Environmental 217 (2017) 65-80.

[10] Journal of Colloid and Interface Science 536 (2019) 389-398.[10] Journal of Colloid and Interface Science 536 (2019) 389-398.

[11] New J. Chem., 2016, 40, 3208—3215.[11] New J. Chem., 2016, 40, 3208—3215.

[12] Applied Catalysis B: Environmental 212 (2017) 41-49.[12] Applied Catalysis B: Environmental 212 (2017) 41-49.

[13] International Journal of Hydrogen Energy 2017, 42, 1554 - 15550.[13] International Journal of Hydrogen Energy 2017, 42, 1554 - 15550.

[14] Small 2015, 11, No. 36, 4785-4792.[14] Small 2015, 11, No. 36, 4785-4792.

[15] CrystEngComm, 2014, 16, 399-405.[15] CrystEngComm, 2014, 16, 399-405.

[16] Catal. Sci. Technol.,2017, 7, 1305-1314.[16] Catal. Sci. Technol.,2017, 7, 1305-1314.

[17] ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 25693-25701.[17] ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 25693-25701.

[18] Applied Catalysis B: Environmental 205 (2017) 228-237.[18] Applied Catalysis B: Environmental 205 (2017) 228-237.

[19] US 2016/0296909 A1[19] US 2016/0296909 A1

[20] US 2012/0149554 A1[20] US 2012/0149554 A1

[21] US 2015/0069295 A1[21] US 2015/0069295 A1

[22] Chem. Rev., 2015, 115, 10307-10377[22] Chem. Rev., 2015, 115, 10307-10377

23] Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 19102-1911823] Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 19102-19118

[24] Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 8240-8254 [24] Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 8240-8254

Claims (13)

REIVINDICACIONES 1. Un fotocatalizador que comprende una estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido y nanoplaquetas de por lo menos un semiconductor caracterizado porque las nanoplaquetas de por lo menos dicho semiconductor integradas en la estructura tridimensional de óxido de grafeno reducido.1. A photocatalyst comprising a three-dimensional structure of reduced graphene oxide and nanoplatelets of at least one semiconductor characterized in that the nanoplatelets of at least said semiconductor integrated into the three-dimensional structure of reduced graphene oxide. 2. Un fotocatalizador según la reivindicación 1, que tiene una estructura porosa.2. A photocatalyst according to claim 1, having a porous structure. 3. Un fotocatalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, que comprende nanopartículas de por lo menos un polímero.3. A photocatalyst according to any of claims 1 to 2, comprising nanoparticles of at least one polymer. 4. Un fotocatalizador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho semiconductor se selecciona de un grupo formado por GaN, CeO2, CdS, ZnO, MoS2, WS2, WO3 y otros materiales semiconductores que permiten la formación de nanoplaquetas por exfoliación de los mismos.4. A photocatalyst according to any of the preceding claims, wherein said semiconductor is selected from a group consisting of GaN, CeO 2 , CdS, ZnO, MoS2, WS2, WO 3 and other semiconductor materials that allow the formation of nanoplatelets by exfoliation thereof. 5. Un fotocatalizador según la reivindicación 3 o 4, en el que dicho polímero se selecciona de un grupo formado por estirenos, acrilatos, metacrilatos, opcionalmente funcionalizados, y sus mezclas.5. A photocatalyst according to claim 3 or 4, wherein said polymer is selected from a group consisting of styrenes, acrylates, methacrylates, optionally functionalized, and mixtures thereof. 6. Un fotocatalizador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho semiconductor es WS2 o MoS2 y opcionalmente, el fotocatalizador comprende nanopartículas de polimetil metacrilato funcionalizado.6. A photocatalyst according to any of the preceding claims, wherein said semiconductor is WS 2 or MoS 2 and optionally, the photocatalyst comprises functionalized polymethyl methacrylate nanoparticles. 7. Procedimiento para la preparación de un fotocatalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las siguientes etapas:7. Procedure for the preparation of a photocatalyst according to any of claims 1 to 6, comprising the following steps: a. Preparar una dispersión acuosa de nanoplaquetas de óxido de grafeno, nanoplaquetas de uno o más semiconductores y un agente reductor b. Calentar la dispersión resultante, sin agitación, a una temperatura en el intervalo de 45 a 90 oCto. Prepare an aqueous dispersion of graphene oxide nanoplatelets, nanoplatelets of one or more semiconductors, and a reducing agent b. Heat the resulting dispersion, without stirring, to a temperature in the range of 45 to 90 oC. 8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el agente reductor es ácido ascórbico o hidracina.8. Method according to claim 7, wherein the reducing agent is ascorbic acid or hydrazine. 9. Procedimiento según las reivindicaciones 7o 8, en el que en la etapa b), la dispersión se calienta durante un periodo de tiempo de entre 3 y 24 horas9. Method according to claims 7 or 8, wherein in step b), the dispersion is heated for a period of time between 3 and 24 hours. 10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, que comprende una etapa c), entre a) y b), en la que la dispersión resultante en a) se agita a temperatura ambiente durante un periodo de tiempo suficiente para homogeneizar la dispersión, opcionalmente de 15 minutos a 1 hora10. Procedure according to any of claims 7 to 9, which comprises a step c), between a) and b), in which the dispersion resulting in a) is stirred at temperature ambient for a period of time sufficient to homogenize the dispersion, optionally 15 minutes to 1 hour 11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10 que además comprende secar el producto de reacción usando liofilización o microondas11. Method according to any of claims 7 to 10 which further comprises drying the reaction product using lyophilization or microwaves 12. Uso del catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en tecnologías de protección ambiental, en la captura y/o conversión química de contaminantes del aire, agua o el suelo o como catalizadores en reacciones químicas.12. Use of the catalyst according to any of claims 1 to 6, in environmental protection technologies, in the capture and/or chemical conversion of pollutants from the air, water or soil or as catalysts in chemical reactions. 13. Uso del material definido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en aplicaciones que requieren el uso de materiales porosos. 13. Use of the material defined according to any of claims 1 to 6, in applications that require the use of porous materials.
ES202130897A 2021-09-24 2021-09-24 GRAPHENE OXIDE PHOTOCATALYSTS AND SEMICONDUCTOR Active ES2937334B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202130897A ES2937334B2 (en) 2021-09-24 2021-09-24 GRAPHENE OXIDE PHOTOCATALYSTS AND SEMICONDUCTOR
PCT/ES2022/070609 WO2023047009A1 (en) 2021-09-24 2022-09-23 Reduced graphene oxide with semiconductor containing photocatalysts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202130897A ES2937334B2 (en) 2021-09-24 2021-09-24 GRAPHENE OXIDE PHOTOCATALYSTS AND SEMICONDUCTOR

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2937334A1 ES2937334A1 (en) 2023-03-27
ES2937334B2 true ES2937334B2 (en) 2023-10-27

Family

ID=84044755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES202130897A Active ES2937334B2 (en) 2021-09-24 2021-09-24 GRAPHENE OXIDE PHOTOCATALYSTS AND SEMICONDUCTOR

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2937334B2 (en)
WO (1) WO2023047009A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI424957B (en) 2010-12-08 2014-02-01 Taiwan Textile Res Inst Graphene/nano-tio2 composites and method for preparing the same
US20150069295A1 (en) 2013-09-09 2015-03-12 National University Of Singapore Hydrogel nanocomposite
WO2015083106A1 (en) 2013-12-04 2015-06-11 Sabic Global Technologies B.V. Hydrogen production from water using photocatalysts comprising metal oxides and graphene nanoparticles
KR101844345B1 (en) * 2015-10-13 2018-04-03 한국세라믹기술원 Preparation Method of Hybrid Materials composed of Two-Dimensional Plate materials

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023047009A1 (en) 2023-03-30
ES2937334A1 (en) 2023-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qi et al. Review on the improvement of the photocatalytic and antibacterial activities of ZnO
Bozetine et al. Green chemistry approach for the synthesis of ZnO–carbon dots nanocomposites with good photocatalytic properties under visible light
Cao et al. One pot solution combustion synthesis of highly mesoporous hematite for photocatalysis
Ruan et al. A visible-light-driven Z-scheme CdS/Bi12GeO20 heterostructure with enhanced photocatalytic degradation of various organics and the reduction of aqueous Cr (VI)
Liu et al. Silver chromate modified sulfur doped graphitic carbon nitride microrod composites with enhanced visible-light photoactivity towards organic pollutants degradation
Xu et al. Fabricating carbon quantum dots doped ZnIn2S4 nanoflower composites with broad spectrum and enhanced photocatalytic Tetracycline hydrochloride degradation
Ding et al. Generalized synthesis of ternary sulfide hollow structures with enhanced photocatalytic performance for degradation and hydrogen evolution
Wu et al. Elemental red phosphorus-based photocatalysts for environmental remediation: A review
Sun et al. Porous g-C3N4/WO3 photocatalyst prepared by simple calcination for efficient hydrogen generation under visible light
Kadi et al. Uniform dispersion of CuO nanoparticles on mesoporous TiO2 networks promotes visible light photocatalysis
Ma et al. Fabrication of Ag/TiO2 nanotube array with enhanced photo-catalytic degradation of aqueous organic pollutant
Li et al. Surface defect-rich ceria quantum dots anchored on sulfur-doped carbon nitride nanotubes with enhanced charge separation for solar hydrogen production
Gao et al. The synthesize of lanthanide doped BiVO4 and its enhanced photocatalytic activity
Yang et al. Synthesis of spindle-shaped AgI/TiO2 nanoparticles with enhanced photocatalytic performance
Naing et al. Enhanced broad spectrum (vis-NIR) responsive photocatalytic performance of Ag2O/rectorite nanoarchitectures
Li et al. Interfacial configuration and mechanism insights of an all-solid-state Z-scheme BaTiO3/Bi/Bi2O3 heterojunctions for rapid removal of tetracycline antibiotics
Poornaprakash et al. Doping-induced photocatalytic activity and hydrogen evolution of ZnS: V nanoparticles
Dhiman et al. MoS2–ZnO nanocomposites for photocatalytic energy conversion and solar applications
Tang et al. Transition metal bismuth spheres dispersed and anchored in benzene-ring-grafted porous g-C3N4 nanosheets for photocatalytic reduction of CO2
Méndez-Galván et al. Metal halide perovskites as an emergent catalyst for CO 2 photoreduction: a minireview
Taghizadeh et al. Electronic structure: From basic principles to photocatalysis
Zhang et al. Preparation and properties of Al3+-doped BiVO4 semiconductor photocatalyst
Miao et al. Nanoarchitectonic composites with direct z-scheme heterojunction of CsPbBr3 quantum dot/CuCo2O4 nanosheet for efficient photocatalytic CO2 reduction
Aroosh et al. Construction of Te-ZnO@ SG-C3N4Heterojunction Nanocomposites for the Efficient Removal of Methylene Blue, Antifungal Activity, and Adsorption of Cr (VI) Ion
Wang et al. Construction of CdSe/ZnIn2S4 Z-Scheme heterojunction for enhanced photocatalytic degradation of tetracycline

Legal Events

Date Code Title Description
BA2A Patent application published

Ref document number: 2937334

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: A1

Effective date: 20230327

FG2A Definitive protection

Ref document number: 2937334

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20231027