Síntesis innovadora de materiales híbridos y su impacto en la valorización de CO2
- Autores: José Javier Delgado Marín
- Directores de la Tesis: Javier Narciso Romero (dir. tes.), Enrique V. Ramos Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Avelina García García (presid.), Jesús Ferrando Soria (secret.), Evgeniy A. Redekop (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia de Materiales por la Universidad de Alicante
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUA
- Resumen
- español
El 25 de septiembre de 2015, la Organización de las Naciones Unidas adoptó 17 objetivos globales para asegurar la prosperidad y el bienestar futuros. Entre estos objetivos, destaca el número 13: ¿Acción por el clima¿; en el que dicha organización pide encarecidamente la disminución y reducción de las emisiones de CO2 como principal gas portador del efecto invernadero. Esta tesis doctoral se encuentra incluida en dicho marco, a través del cual se han desarrollado una serie de materiales híbridos que han sido utilizados como catalizadores en una reacción para secuestrar CO2 y valorizarlo.
Los Metal-Organic Frameworks (MOF) se caracterizan por su gran porosidad y surgen a partir de la combinación de compuestos orgánicos e inorgánicos dentro de una estructura cristalina. Estos materiales híbridos poseen poros bien definidos y muy accesibles, haciéndolos atractivos en un amplio rango de aplicaciones. Esta característica, así como su alta estabilidad térmica y su moderada estabilidad química, los hacen ser unos candidatos potenciales para ser utilizados como catalizadores. Sin embargo, no todos los MOF exhiben dichas cualidades o muestran buena conductividad eléctrica o de fácil manipulación para ser usados como catalizadores. Por esta razón, en esta tesis doctoral se han desarrollado nuevas vías de síntesis de MOF a partir de sustratos metálicos que abren nuevas oportunidades a crear MOF de una manera eficiente y viable para la industria. Asimismo, también se ha llevado a cabo un procedimiento innovador de inducción de defectos en los MOF de forma post-sintética con el objetivo de mejorar las propiedades catalíticas de estos.
Los materiales que se han preparado en esta tesis han sido probados como catalizadores en la reacción de cicloadición de CO2 con epiclorhidrina. Se trata de una reacción que no involucra la reducción del átomo del carbono en el CO2, sino que se trata de una fijación del CO2 por parte del epóxido, lo que implica un aporte mucho menor de energía. En esta tesis doctoral se ha observado que la inducción de defectos en la estructura del MOF trae consigo una mejora en la actividad catalítica de la reacción. Además, también se ha estudiado que una distinta morfología de los cristales de MOF y una diferente distribución de planos presentes en la superficie externa del mismo también afecta significativamente la estabilidad del cristal.
Por último, es importante mencionar que, a pesar de lo que se advierte en la bibliografía, el ZIF-67 (uno de los MOF más utilizados como catalizador en la cicloadición de CO2 con epiclorhidina) no es tan estable en la reacción. Se observó que la estabilidad de dicho MOF está influida por la cantidad de planos expuestos {100}, que son altamente inestables en las condiciones de la reacción y son los causantes del lixiviado de cobalto y especies orgánicas que cataliza verdaderamente la reacción.
- English
On September 25, 2015, the United Nations adopted 17 global goals to ensure future prosperity and global well-being. Among these goals, number 13 "Climate Action" stands out, in which said organization strongly calls for the decrease and reduction of CO2 emissions as the main greenhouse gas. This is the framework for this doctoral thesis, through which a series of hybrid materials have been developed that have been used as catalysts in a reaction to trap CO2 and valorize it.
Metal-Organic Frameworks (MOF) are characterized by their exceptional porosity, which arises from the combination of organic and inorganic components within a crystalline structure. These hybrid materials possess well-defined and highly accessible pores, making them attractive for a wide range of applications. This characteristic, as well as their high thermal and moderate chemical stability, make them potential candidates for use as catalysts. However, not all MOFs exhibit such good properties or show good electrical conductivity or sufficient handling properties to be used as catalysts. For this reason, in this PhD thesis we have developed new ways of MOF synthesis from metal substrates that open new opportunities to create MOFs in an efficient and viable way for the industry. In addition, an innovative procedure of defect induction in MOFs post-synthesis has also been carried out with the aim of improving their catalytic properties.
The materials we have prepared in this thesis have been tested as catalysts in the cycloaddition of CO2 with epichlorohydrin. This is a reaction that does not involve the reduction of the carbon atom in CO2, but a fixation of the CO2 by the epoxide, which implies a much lower energy input. In this PhD thesis it has been observed that the induction of defects in the MOF structure brings about an improvement in the catalytic activity in the reaction. In addition, it has also been studied that a different morphology of the MOF crystals and a different distribution of planes present on the external surface of the MOF also significantly affect the stability of the crystal.
Finally, it should be noted that, despite what is reported in the literature, ZIF-67, one of the most commonly used MOFs as a catalyst in the cycloaddition of CO2 with epichlorohydrin, is not stable in the reaction. It was observed that the stability of such MOF is influenced by the amount of exposed {100} planes, which are unstable in the reaction conditions and are the cause of the leaching of cobalt and organic species that truly catalyzes the reaction.
- español
