MATERIALES DERIVADOS DE POLÍMEROS DE COORDINACIÓN (MOFs) PARA SU APLICACIÓN EN CELDAS DE COMBUSTIBLE

ANA KATHERINE DIAZ DURÁN; FEDERICO A. VIVA; FEDERICO RONCAROLI

Tucuman

Congreso; XXI Congreso Argentino de FisicoQuimica y Química Inorgánica; 2019

AAIFQ

Las celdas de combustible tipo PEM (proton-exhcange-membrane) funcionan a baja temperatura (50?100 °C), empleando H2 y O2, y son una alternativa al uso de combustibles fósiles. 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.Se sintetizaron carbones dopados con N a partir de tres MOFs, un polímero de coordinación lineal 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 cinco ligandos: 2- metilimidazol, nicotinato, 2,2´-bipiridin-4,4´-dicarboxilato, 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 espectroscopicas (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.El catalizador de mayor actividad frente la Reacción de Reducción de O2 (ORR) fue el derivado de Co pirazindicarboxilato (700 oC), obteniéndose los parámetros electrocinéticos: Eeq = 0.907 V vs RHE (1.0 V para Pt), jo = 10 cm-2, pendiente de Tafel= 82 mV dec-1, 10% rendimiento en H2O2 (0.5 M H2SO4). Los resultados de los distintos materiales pudieron interpretarse en función del contenido de nitrógeno, área superficial y distribución de poros. Estos catalizadores presentaron alta tolerancia al metanol (0.05 M) y alta durabilidad (3000 ciclos de voltametría).Finalmente los tres mejores catalizadores, (derivados de Co pirazindicarboxilato, 2- metilimidazol y nicotinato, 700 oC), fueron usados para construir cátodos en celdas de combustible. Después de optimizar la carga y la formulación de los catalizadores, pudo alcanzarse con el catalizador derivado de Co pirazindicarboxilato, una potencia máxima de0.26 W cm-2, comparable a la del Pt 20 % que fue de 0.34 W cm-2. La celda con el catalizador de Co tuvo una durabilidad de más de 500 horas, sin observarse cambios significativos en intensidad de corriente y diferencia de potencial.