Cartera Tecnológica
División fotocatalítica del agua mediante los polímeros IMDEA-Energy Frameworks 11 y 13
Descripción
La división de las moléculas de agua mediante irradiación solar ha surgido como un proceso prometedor para generar combustibles solares, en particular hidrógeno verde.
Sin embargo, se requieren fotocatalizadores eficientes para disminuir la energía de activación de las reacciones involucradas. En este contexto, los polímeros IMDEA-Energy Frameworks (IEFs) se han convertido en una plataforma potencial para la generación de hidrógeno debido a la facilidad de ajuste de sus propiedades electroquímicas en comparación con otros semiconductores. Aquí, proponemos dos nuevos polímeros porosos competitivos, IEF-11 e IEF-13, que muestran un rendimiento mejorado en la generación de hidrógeno verde en comparación con el TiO2 convencional.
Ventajas e Innovaciones
Esta nueva clase de materiales porosos, conocidos como redes metal orgánicas (Metal-Organic Frameworks, MOFs) presenta varias ventajas en comparación con los materiales adsorbentes y catalíticos clásicos (carbones, zeolitas, sílices):
- Los MOFs presentan una composición versátil, una gran variabilidad estructural, una gran porosidad con una amplia distribución de tamaños y formas de poros, fácil modulación de sus propiedades fisicoquímicas y son altamente estables en agua.
- La absorción de la luz solar en el intervalo visible de la luz solar (band gap) se puede ajustar con precisión seleccionando cuidadosamente las condiciones de su síntesis y su composición para optimizar el rendimiento en la generación de hidrógeno verde, lo que los convierte en excelentes candidatos para la división del agua en comparación con los semiconductores convencionales basados en TiO2.
- IEF-11 aprovecha el catión Ti4+ foto- y redox-activo y el ligando electroactivo ácido escuárico para producir la mayor cantidad de H2 reportada hasta la fecha para otros polímeros o semiconductores similares, y sin necesidad de añadir costosos metales nobles. Este material muestra excelentes estabilidades térmica y química (hasta 300 ºC, pH = 10,5, en condiciones de trabajo agresivas) con una excelente reciclabilidad.
IEF-13 aprovecha el catión con actividad redox Ni2+ y un ligando de fosfonato foto- y electro-activo de desarrollo propio para producir H2 a partir del agua sin necesidad de añadir costosos metales nobles. Además, este material muestra excelentes propiedades de estabilidad estructural y robustez (hasta 450 ºC, pH = 12, en condiciones duras ante productos químicos agresivos) con una excelente reciclabilidad.
Aplicaciones Comerciales
- Plantas de tratamiento de agua, tanto potables como residuales: Demanda biológica de oxígeno, DBO.
- Investigación sobre generación fotocatalítica de hidrógeno verde.
- Reactores industriales de generación de hidrógeno con luz solar o luz simulada durante la noche.
- Producción de combustible para motores de combustión interna o pilas de combustible.
Contacto
Félix Marín, felix.marin@imdea.org
