{"id":135199,"date":"2022-06-08T09:09:17","date_gmt":"2022-06-08T08:09:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135199"},"modified":"2022-06-08T09:09:17","modified_gmt":"2022-06-08T08:09:17","slug":"la-porosidad-abre-la-puerta-a-novedosos-electrocatalizadores-sin-metal","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/06\/08\/135199","title":{"rendered":"La porosidad abre la puerta a novedosos electrocatalizadores sin metal"},"content":{"rendered":"

Autor: Jos\u00e9 Ignacio Mart\u00ednez, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)<\/strong><\/p>\n

La reacci\u00f3n de reducci\u00f3n de oxigeno (ORR) es un proceso clave para las nuevas tecnolog\u00edas de conversi\u00f3n de energ\u00eda, como bater\u00edas al aire y celdas de combustible, las cuales han adquirido una vital relevancia para un futuro sostenible. Sin embargo, la dificultad para romper el robusto enlace doble O=O requiere del uso de electrocatalizadores. Mientras que los catalizadores met\u00e1licos se usan en la mayor\u00eda de aplicaciones industriales, la comunidad acad\u00e9mica est\u00e1 focalizando sus esfuerzos en la b\u00fasqueda de alternativas puramente org\u00e1nicas. La gran mayor\u00eda de los catalizadores met\u00e1licos est\u00e1n basados en metales preciosos, cuyas reservas planetarias son muy limitadas, y su precio desorbitado. Sin embargo, en los \u00faltimos a\u00f1os, estructuras basadas en carbono se est\u00e1n erigiendo como poderosas herramientas en el desarrollo de catalizadores de \u00faltima generaci\u00f3n. Materiales basados en metales de transici\u00f3n como peruskitas y otros \u00f3xidos met\u00e1licos, as\u00ed como boruros, nitruros, hidr\u00f3xidos met\u00e1licos laminares, aleaciones met\u00e1licas y otras alternativas con alto contenido en carbono son particularmente interesantes debido a su bajo precio y relativa abundancia en comparaci\u00f3n con los catalizadores basados en Pt, ampliamente utilizados. En la actualidad, sin embargo, la preparaci\u00f3n de electrocatalizadores ORR punteros y disruptivos basados en carbono requiere la transformaci\u00f3n desde materiales org\u00e1nicos a muy alta temperatura, lo que incrementa sustancialmente el coste y los l\u00edmites de control sobre sus caracter\u00edsticas estructurales. Para soslayar esta importante limitaci\u00f3n, el Prof. Jos\u00e9 L. Segura de la Universidad Complutense de Madrid, ha liderado una ambiciosa investigaci\u00f3n multidisciplinar con colegas de la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), y del Instituto Madrile\u00f1o de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia). A lo largo de este proyecto, el Prof. Segura y el resto de colaboradores han desarrollado una familia de electrocatalizadores libres de metal basados en mol\u00e9culas org\u00e1nicas con grupos funcionales de naftalenodiimida (NDI) como centros activos para la reacci\u00f3n ORR [Mart\u00ednez-Fern\u00e1ndez et al<\/em>., Applied Materials Today<\/em> 26<\/strong> (2022) 101384, https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.apmt.2022.101384<\/strong><\/a>]. Se ha sintetizado un nuevo tipo de pol\u00edmero conocido como COF (del ingl\u00e9s \u201cCovalent Organic Framework\u201d), el cual se organiza en forma de una estructura porosa que constituye la base de estos electrocatalizadores. De esta manera, mediante la simple formaci\u00f3n de enlaces im\u00eddicos entre dianh\u00eddrido de naftaleno y compuestos de triamina se obtiene una bater\u00eda de COFs hexagonales basados en NDI con una alta actividad para la reacci\u00f3n ORR, donde los centros activos son las unidades NDI. Puesto que los electrocatalizadores basados en NDI catalizan la reacci\u00f3n ORR directamente no se requiere un proceso de pirolisis, lo que reduce los costes en comparaci\u00f3n con otros basados en carbono. El uso de diferentes conectores moleculares con triamina favorece el control de la distorsi\u00f3n de la estructura global, alterando el acceso de mol\u00e9culas O2<\/sub> y con ello la actividad electrocatal\u00edtica. Estos materiales tambi\u00e9n poseen una alta selectividad al O2<\/sub> y una gran robustez y estabilidad intr\u00ednseca. La mejora de la accesibilidad de los reactivos a un centro activo heterog\u00e9neo a\u00fan no hab\u00eda sido explorada para estos sistemas, lo que tambi\u00e9n se ha logrado mediante el control de su porosidad para la mejora sustancial de la respuesta ORR. Los materiales obtenidos y caracterizados en esta investigaci\u00f3n ofrecen una prometedora alternativa a catalizadores basados en Pt debido al gran \u00e1rea efectiva disponible, a una inherente estabilidad y durabilidad, un eficiente transporte de carga y su facilidad de s\u00edntesis. Esta investigaci\u00f3n abre las puertas al objetivo \u00faltimo de la incorporaci\u00f3n de estos COFs en dispositivos reales funcionales, tales como bater\u00edas de Zn al aire o celdas de combustible para la producci\u00f3n de energ\u00eda limpia.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a> La adecuada combinaci\u00f3n de precursores NDI con alta actividad electrocatal\u00edtica con distintos conectores moleculares con triamina en COFs permite un alto control estructural de centros electroactivos para la electrocat\u00e1lisis de la ORR.<\/span><\/em><\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Jos\u00e9 Ignacio Mart\u00ednez, Investigador del grupo ESISNA del programa FotoArt-CM.
\nCoordina FotoArt-CM: V\u00edctor A. de la Pe\u00f1a O\u00b4Shea, Instituto IMDEA Energ\u00eda.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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