CRISTALES Y PELÍCULAS DE REDES METAL-ORGÁNICAS (MOFS) BASADOS EN METALES NO NOBLES PARA APLICACIONES EN ELECTROCATÁLISIS

Tesis

Resumen *

En los últimos años se ha incrementado el interés en la utilización de redes metal-orgánicas (MOFs: “Metal-Organic Frameworks”) para aplicaciones en electrocatálisis, siendo actualmente un tópico de intensa investigación ya que estos materiales ofrecen amplias posibilidades de dispersar especies activas en su entorno poroso ordenado. Esta Tesis se centra en investigar la síntesis y caracterización de cristales de MOFs basados en cobre, específicamente Cu-MOF-74 y Cu-BDC, con el objetivo de evaluar su desempeño como electrocatalizadores en la reacción de reducción de oxígeno (ORR). Se llevó a cabo un análisis exhaustivo de los procesos de síntesis de estos materiales, explorando diversas condiciones, solventes y metodologías para optimizar sus propiedades electroquímicas. En el caso de Cu-MOF-74, se sintetizaron nanocristales con un tamaño promedio de unos 40 nm, caracterizados por contar con micro y mesoporosidad y se evaluó su comportamiento electroquímico en soluciones neutras tamponadas. Se observó que estos nanocristales son capaces de catalizar eficazmente la reducción de oxígeno a agua, a través de un proceso mediado por los centros de cobre del MOF. Sin embargo, se identificó una limitada velocidad de transferencia de carga a través del cristal, debido a la ubicación de los centros activos en nanoporos profundos, que afecta su rendimiento global como electrocatalizador. En cuanto al MOF Cu-BDC, se investigaron diferentes protocolos de síntesis, destacándose un análisis de la proporción de los solventes acetona y metanol en la mezcla de síntesis. Se encontró que el empleo de una mezcla de dichos solventes mejora la dispersión de los cristales y la evacuación de residuos de ligando, lo que resulta en una mayor accesibilidad a los sitios activos de cobre y una mejor respuesta electrocatalítica en la ORR. Por otra parte, se estudiaron composites de grafito con Cu-BDC (C@Cu-BDC), observándose una mejora significativa en el rendimiento electroquímico y la estabilidad del material, especialmente cuando el MOF se sintetizó in situ sobre carbono Vulcan®. El estudio de esta Tesis resalta la importancia de entender las interacciones entre los componentes del MOF para diseñar materiales con propiedades específicas en aplicaciones electroquímicas. Los hallazgos sugieren que los Cu-MOFs tienen un gran potencial como electrocatalizadores, pero se requiere un diseño cuidadoso de los protocolos de síntesis y la estructura final del material para lograr optimizar su desempeño tanto en la ORR como en otras potenciales aplicaciones electroquímicas. Información suministrada por el agente en SIGEVA