Caracterización del MOF 253 -PT para su uso en celdas de combustible y producción de H2 vía fotocatálisis

Abstract

El desarrollo de nuevas tecnologías para la producción de energía crece a un paso acelerado, es por ellos que el uso de energías alternas es una opción viable para complementar la producción energética que el mundo actual demanda. Una de las tecnologías que actualmente se desarrollan son las celdas de combustible, que son dispositivo electroquímicos capaces de generar energía a partir de reacciones redox utilizando una gran variedad de combustibles dependiendo el tipo de celda a utilizar. Una de la tecnologías para las celdas de combustible más utilizadas es la denominada Celdas de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico (CCMIP), en la cual las reacciones toman lugar dentro de la celda, el cátodo se lleva a cabo la reducción oxígeno y en el ánodo la oxidación de del hidrógeno, las reacciones a las cuales hago mención requieren el uso de catalizadores que permitan acelerar la reacción y a aquella reacción más lenta será la limite todo el sistema, siendo para este caso la Reacción de Reducción de Oxígeno (RRO) la que es lenta y limitante. Por ello una gran parte de los esfuerzos de investigación se centran en la búsqueda de materiales que permitan soportar y optimizar la carga catalítica para llevar a cabo la RRO. Por excelencia e material más ampliamente utilizado es el Pt como catalizador y el carbón como soporte, y a partir de ello se han desarrollado una gran variedad de versione de dicha combinación buscando siempre una mejora en su actividad. En años reciente un nuevo material denominado Estructuras Metal Orgánicas ( Metal Orgánic Framework, MOF) han sido desarrollados para distintas aplicaciones, entre ellas se destaca, la catálisis, es por ello que en el presente documento se muestran los resultados de la investigación realizada para sintetizar un material denominado MOF-253 al cual se le añadieron centros metálicos de interés (Pt y Ru) que catalizan la RRO, los materiales fueron sintetizados con dos métodos de síntesis distintos ( solvotérmico y microondas) y derivado de ellos se comparó el efecto morfológico, fisicoquímico y electroquímico de cada uno de los materiales desarrollados. Adicionalmente se realizaron algunas investigaciones para explorar alternativas su uso en la oxidación de alcohol y producción de H2 vía fotocatálisis. Los MOF-Pt y MOF-Ru sintetizados por vía microondas presentaron una morfología regular esférica con tamaños de partícula menores a10 nm mientras que el MOFPt sinterizado vía solvotérmica presentó forma amorfas irregularidad en un tamaño de 29-39 nm, en la caracterización electroquímica en media celda, todos los materiales presentaron un sobrepotencial cercanos a 1 V para la RRO respecto al Pt-CV, lo que implica ser más irreversible y lenta la reacción con el uso de los materiales sintetizados. En la oxidación de alcoholes no se encontró evidencia de su actividad. Finalmente el MOF-Pt sin pirolizar demostró ser una alternativa viable para la producción de H2 generando 128 μmoles en 8h utilizando una carga catalítica de 10 mg un valor que representa el más del 50% de la producción de H2 que generaría el catalizador más utilizado en esta área (TiO2) pero utilizando 5 veces más carga catalítica, por ellos el MOF- Pt es una alternativa viable para ser utilizado para dicha aplicación.