Síntesis de redes orgánicas covalentes (COFs) basadas en reacciones de bases de Schiff como soporte de complejos fotocatalíticos

Abstract

En la actualidad, el incremento en la demanda y consumo de combustibles fósiles, debido a un aumento en la población y la creciente industrialización, conlleva a un aumento en las emisiones de gases contaminantes con consecuencias negativas para el medioambiente. Para contrarrestar estos efectos, se han propuesto alternativas entre las que se encuentran el fomento de estrategias basadas en la eficiencia energética y energías renovables, y los desarrollos de tecnologías de captura, almacenamiento y usos del CO2, siendo una de las alternativas más atractivas la producción de combustibles solares como el H2. Una nueva familia de materiales llamados redes orgánicas covalentes (COFs, en inglés, Covalent Organic Frameworks) se han investigado dadas sus potenciales aplicaciones en energías limpias, catálisis y almacenamiento de gases, entre otras. Mediante el uso adecuado de monómeros específicos, los COFs pueden ser posteriormente funcionalizados con el fin de otorgarle propiedades prediseñadas y únicas. La subfamilia de COFs basados en bases de Schiff se sitúan como materiales que presentan una alta estabilidad química y térmica, así como una amplia variedad de posibilidades y métodos sintéticos. Cada metodología ofrece diferentes posibilidades con respecto a otras reacciones en términos de variedad de solventes, cristalinidad, consumo energético y rendimiento, entre otras. Con el fin de obtener y analizar más alternativas metodológicas en cuanto a redes orgánicas covalentes COFs, en esta tesis se propone realizar la síntesis del COFs de bases de Schiff. En concreto se realizó la síntesis del COF TpBpy empleando diferentes métodos de síntesis con el fin de comprar la efectividad de cada reacción. Para esto se utilizaron los ligandos triformilfloroglucinol (Tp; IUPAC: 2,4,6-trihidroxi-1,3,5-bencenotricarboaldehído) y bipiridina diamina (Bpy; IUPAC: 2,2 -bipiridina 5,5 -diamina) siendo este último un precursor con capacidad de funcionalización con complejos metálicos, propiedad de vital importancia en el futuro estudio de estos materiales como fotocatalizadores. Los COFs obtenidos se caracterizarán mediante espectroscopía de infrarrojo, difracción de rayos X en polvo, ultravioleta visible en estado sólido, análisis termogravimétrico y microscopía de barrido de electrones. Para la síntesis del COF-TpBpy se emplearon las siguientes metodologías: mecanoquímica, utilizando un mortero de ágata o molino de bolas; solvotermal a reflujo mediante la utilización de una línea de Schlenk bajo atmosfera inerte, y solvotermal utilizando un horno; e ionotermal empleando un líquido iónico . En el caso de la mayoría de las síntesis mecanoquímicas y ionotermal se obtuvieron rendimientos bajos y COFs con baja cristalinidad. Sin embargo, las síntesis solvotermales dan como resultado a COFs cristalinos con rendimientos superiores al resto de las síntesis empleadas debido a que el efecto de la temperatura proporciona las condiciones idóneas para la obtención del COF TpBpy, resultando ser una buena metodología para su posterior modificación post-sintética, mediante la incorporación de iones metálicos con actividad fotocatalítica y su evaluación en la producción de H2 a partir de la descomposición del agua.