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

RONCAROLI, FEDERICO; GUIDO IADAROLA PÉREZ; ANA KATHERINE DIAZ DURÁN

Buenos Aires

Congreso; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados; 2019

CNEA, INTI

Los electrolizadores son dispositivos electroquímicos que utilizan corriente eléctrica para descomponer el agua en H2 y O2. Estos dispositivos son útiles para almacenar energía proveniente de fuentes renovables e intermitentes (ej.: solar, eólica, etc).La descomposición de 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 dicha reacción sería consumido posteriormente en una celda de combustible. Los polímeros de coordinación (Metal OrganicFrameworks, MOFs), están formados por centros metálicos coordinados por ligandos puente formando estructuras mono-, bi- o tridimensionales porosas y usualmente cristalinas[1].Con el objetivo de obtener catalizadores para la OER y la HER libres de metales nobles, se sintetizaron MOFs de Cobalto con los 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 los iones Co2+fueron reducidos a nanopartículas metálicas. Finalmente mediante un tratamiento ácido (0.5 M H2SO4) se eliminaron parcialmente las partículas metálicas dejando poros nanométricos accesibles al solvente. Los nuevos materiales así preparados se caracterizaron por técnicas espectroscópicas (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 por porosimetría de absorción de N2 [2]. Los nuevos materiales se caracterizaron por técnicas electroquímicas (CV,LSV) en medio alcalino (1.0 M KOH). Por ejemplo, los catalizadores obtenidos con 2-metilimidazol y pirazincarboxilato a 700 oC (sin tratamiento ácido) produjeron una corriente de 10 mA cm-2 a -0.23 V vs RHE para HER y 1.62 V vs RHE para la OER. En el corto plazo se planea determinar la pureza de los gases obtenidos, construir prototipos de electrolizadores con celdas de dos electrodos (tecnología PEM ? electrolito polimérico) y evaluar la actividad y durabilidad de los catalizadores en condiciones de operación.