Materiales Nanoparticulados Derivados de Polímeros de Coordinación (MOFs) empleados en Electrolizadores

ANA KATHERINE DÍAZ-DURÁN, GUIDO IADAROLAPÉREZ ,FEDERICO RONCAROLI

Buenos Aires

Encuentro; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados, NANO 2019; 2019

CNEA

Materiales NanoparticuladosDerivados de Polímeros de Coordinación (MOFs) empleados en Electrolizadores Ana Katherine Díaz-Durán, GuidoIadarolaPérez ,Federico Roncaroli 1Departamento de Física de laMateria Condensada, Instituto de Nanociencia y Nanotecnología, Centro AtómicoConstituyentes, Avenida General 1499-1650 San Martín, Buenos Aires, Argentina.2Consejo Nacional deInvestigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) e-mail (autor que presentaráel trabajo): diaz@tandar.cnea.gov.ar.    Los electrolizadores son dispositivoselectroquímicos que utilizan corriente eléctrica para descomponer el agua en H2y O2. Estos dispositivos son útiles para almacenar energía provenientede fuentes renovables e intermitentes (ej.: solar, eólica, etc).La descomposiciónde agua está formada por: la reacción de evolución o producción de H2(HER) y la reacción de evolución de O2 u oxidación de agua (OER).Ambas reacciones ocurren sobre electrodos recubiertos con catalizadores(típicamente metales nobles o derivados).El H2 producto de dichareacción sería consumido posteriormente en una celda de combustible. Lospolímeros de coordinación (Metal OrganicFrameworks, MOFs), están formados porcentros metálicos coordinados por ligandos puente formando estructuras mono-,bi- o tridimensionales porosas y usualmente cristalinas[1].Con el objetivo de obtener catalizadores parala OER y la HER libres de metales nobles, se sintetizaron MOFs de Cobalto conlos ligandos: 2-metilimidazol,nicotinato, pirazincarboxilato ypirazindicarboxilato,los cuales fueron caracterizados por XRD y TGA. Se pirolizaron a 700 °C o 900°C. Durante este tratamiento, los ligandos generaron una matriz carbonosa y losiones Co2+fueron reducidos a nanopartículas metálicas. Finalmentemediante un tratamiento ácido (0.5 M H2SO4) se eliminaronparcialmente las partículas metálicas dejando poros nanométricos accesibles alsolvente. Los nuevos materiales así preparados se caracterizaron por técnicasespectroscópicas (Raman, XPS, EDX). 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 porporosimetría de absorción de N2 [2]. Los nuevos materiales se caracterizaron portécnicas electroquímicas (CV,LSV) en medio alcalino (1.0 M KOH). Por ejemplo, loscatalizadores obtenidos con 2-metilimidazol y pirazincarboxilato a 700 oC(sin tratamiento ácido) produjeron una corriente de 10 mA cm-2 a -0.23V vs RHE para HER y 1.62 V vs RHE para la OER. En el corto plazo se planeadeterminar la pureza de los gases obtenidos, construir prototipos deelectrolizadores con celdas de dos electrodos (tecnología PEM ? electrolitopolimérico) y evaluar la actividad y durabilidad de los catalizadores encondiciones de operación.    Referencias: [1] X. Li, Z. Niu, J. Jiang, L. Ai, J.Mater. Chem4 (2016) 3402.[2] A. K.Díaz-Duran, G. Montiel, F. A. VivaElectrochimicaActa299 (2019) 987.