El dióxido de titanio es un semiconductor fotoactivo, es decir que puede aprovechar la radiación luminosa para catalizar reacciones químicas. Es un material abundante, de bajo costo y alta estabilidad química. Para sacar mejor provecho de este semiconductor puede prepararse en forma de capas finas nanoestructuradas, lo cual le confiere propiedades químicas, eléctricas y ópticas superiores, que permiten utilizarlo en campos como la biomedicina, la electrónica, la conversión de energía solar, la catálisis, la remediación ambiental y la producción de hidrógeno. La anodización sobresale entre las técnicas de preparación de capas finas de dióxido de titanio porque permite obtener, de manera sencilla, arreglos de nanotubos altamente organizados de fácil control morfológico ajustando los parámetros de anodización. El procedimiento consiste en aplicar electricidad a un ánodo de titanio metálico en un medio que contiene agua y fluoruro. La anodización a voltaje constante ha sido ampliamente estudiada en términos tanto de la formación de los nanotubos como de sus aplicaciones. Una variante a este procedimiento convencional es la anodización con voltaje alternante, que permite obtener características morfológicas especiales como ¿nanobambúes¿ y nanotubos de doble pared. No obstante, esta variante ha sido poco estudiada y aún se desconocen los efectos de algunas variables sobre la morfología, y de ésta en las aplicaciones del material. Una de las aplicaciones más atractivas es la producción de hidrógeno a partir de agua. La fotoelectrocatálisis, que combina la fotoactividad del dióxido de titanio con electroquímica, es una de las maneras más eficientes para producir hidrógeno. En la fotoelectrocatálisis se usa una celda electroquímica cuyo ánodo es el dióxido de titanio en contacto con un conductor que está conectado a un cátodo metálico. En el proceso se aplica luz al ánodo para promover la reacción de oxidación del agua, de la cual se producen electrones, que son transportados primero al conductor del ánodo y luego al cátodo, e hidrogeniones, que se desplazan por la solución al cátodo para reaccionar con los electrones y producir hidrógeno gaseoso. En este proyecto se estudiarán, por consiguiente, los efectos de las variables de preparación en la anodización con voltaje alternante a fin de modelar el fenómeno y buscar morfologías especiales; así como el empleo de este nanomaterial en fotoelectrocatálisis para la producción de hidrógeno con la intención de modelar y optimizar las condiciones de operación del proceso fotoelectrocatalítico. Para conseguirlo, el proyecto se divide en dos partes articuladas, cada una de las cuales permitirá desarrollar una tesis de maestría durante el 2014. La primera parte se centra en el estudio sistemático de las variables de preparación, en particular del perfil de voltaje alternante sobre la morfología del material, que se evaluará mediante microscopía electrónica de barrido. Su principal producto será un modelo de la anodización con voltaje alternante empleando reactivos comerciales, con miras al amplio rango de aplicaciones del material y al escalado del proceso. El foco de la segunda parte será la optimización experimental de las condiciones de operación de una celda fotoelectrocatalítica. Para ello se diseñará y fabricará la celda, se determinarán las variables de mayor sensibilidad y se evaluarán distintas morfologías de los nanotubos, producto de la primera parte del proyecto. Los principales productos de esta parte serán una superficie de respuesta para las condiciones de operación más importantes y un modelo que relacione la producción de hidrógeno con la morfología del ánodo. El valor total solicitado en esta convocatoria será de $ 20'000.000 para la adquisición del equipo de anodización, reactivos, equipos de medición y para la construcción de la celda fotoelectrocatalítica.