Síntesis de materiales carbonosos con nanopartículas de cobalto a partir de MOFs para intercalación de litio

BETZABETH BRICEÑO; FEDERICO RONCAROLI; EZEQUIEL DE LA LLAVE

Congreso; Nano 2023. XXII Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados; 2023

Los polímeros de coordinación (Metal Organic Frameworks, MOFs), están formados por centros metálicos coordinados por ligandos puente formando estructuras mono-, bi- o tridimensionales porosas y usualmente cristalinas, que pueden ser utilizados como precursores para la obtención de materiales carbonosos con estructura controlada. Se sintetizaron carbones dopados con N a partir de tres MOFs, y un complejo, todos de Co. Con el fin de facilitar la formación de sitios CoN4 y átomos de N piridínicos en la superficie, se emplearon los ligandos: 2-metilimidazol, nicotinato, pirazindicarboxilato y pirazincarboxilato. Los productos obtenidos se pirolizaron a 700 °C o 900 °C, durante este tratamiento, los ligandos generaron una matriz carbonosa y los iones Co2+ fueron reducidos a nanopartículas metálicas. Finalmente, mediante un tratamiento ácido (0.5 M H2SO4) se eliminaron las partículas metálicas dejando poros nanométricos accesibles al solvente. Los nuevos materiales así preparados se caracterizaron por técnicas espectroscópicas. Las microscopías electrónicas (TEM y SEM) revelaron distintas morfologías (esponjas, varas, poliedros y esferas) dependiendo del ligando empleado, con poros de 3 – 100 nm, confirmado por porosimetría de absorción de N2. Con los materiales sintetizados se prepararon electrodos utilizando láminas de cobre como colector de corriente y fluoruro de polivinilideno como aglutinante. Se ensamblan celdas electroquímicas tipo Swagelok dentro de una caja de guantes utilizando nuestro material como electrodo de trabajo, Li0 como electrodo de referencia, una membrana de polipropileno como separador y solución 1M LiPF6 en carbonato de propileno como electrolito. Voltametrías cíclicas muestran la aparición de una onda irreversible alrededor de 0.7 V (vs. Li/Li+) durante el primer ciclo catódico, atribuida a la formación de la interfaz de electrolito sólido [1]. Ciclos sucesivos muestran señales anchas, entre 0.0 a 1.0 mV, típicas de la inserción/extracción de cationes de litio en materiales carbonosos [2]. Se analiza la relación entre la estructura de los materiales y la capacidad del material por medio de ciclos de carga/descarga galvanostática. También, se está evaluando la estabilidad de estos materiales en condiciones de ciclado prolongado. Nuestros resultados preliminares (Figura 1) presentan a estos materiales como promisorios candidatos a ser utilizados para la intercalación de litio en ánodos de baterías ion-litio, enmarcándose en el área temática de las aplicaciones de nanomateriales en energía