Síntesis innovadora de materiales híbridos y su impacto en la valorización de CO2

Abstract

El 25 de septiembre de 2015, la Organización de las Naciones Unidas, mediante el Acuerdo de París, adoptó 17 objetivos globales para asegurar la prosperidad y el bienestar global 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 heterogéneos. 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 hemos preparado en esta tesis han sido probados como catalizadores heterogénos bifuncionales 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 en 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 a la estabilidad del cristal. Por último, cabe destacar 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.