Síntesis de redes orgánicas covalentes funcionalizadas con litio y cobre para el almacenamiento de hidrógeno

Abstract

El hidrógeno es el elemento más abundante y simple del universo. En su estado gaseoso es de gran utilidad para distintas industrias y su producción está basada en el reformado de metano con vapor de agua, pero las presiones de un mundo marcado por el cambio climático requieren de nuevos métodos capaces de obtener ‘Hidrógeno Verde’. Como consecuencia, Chile ve una oportunidad de independencia energética y liderazgo en el desarrollo de esta nueva industria. La estrategia nacional presenta una debilidad en la falta de desarrollo asociado al almacenamiento a largo plazo y transporte de hidrógeno. Ante esto se propone investigar el uso de redes orgánicas covalentes (COFs, en inglés, covalent organic frameworks) para el almacenamiento del gas, pues tienen la flexibilidad de que sus propiedades son modificables a través de la selección de sus componentes para la síntesis y en procesos post-sintéticos. En particular, se propone el COF-TpBpy, que ya se ha estudiado en el almacenamiento de CO2 y ha demostrado una alta afinidad al H2. Este COF se obtiene por una reacción de condensación entre triformilfloroglucinol (Tp) y 2,2’-bipiridina-5,5’-diamina (Bpy), resultando en un material estable en solventes orgánicos y químicamente estable en condiciones de pH y temperatura extrema. En esta memoria se estudió la síntesis, funcionalización y caracterización de este COF. La síntesis se realizó por medio de un método en estado sólido mediado por una sal, las funcionalizaciones con Cu y Li se realizaron utilizando CuI, CuBr2 y LiNO3. La caracterización se llevó a cabo por FTIR-ATR, espectroscopia UV-vis, TGA, DRX, SEM, EDS y análisis de isotermas BET. La síntesis del COF prístino fue exitosa y tuvo un rendimiento promedio del 80%. Las funcionalizaciones obtuvieron un rendimiento del 86% para CuI, 70% para CuBr2 y 2% para LiNO3. De los análisis realizados se pudo comprobar que la funcionalización con CuI fue exitosa, obteniendo un 3,8%wt de Cu en su muestra. En el caso de la funcionalización con CuBr2, no se detectó cobre en la muestra. Como consecuencia, no se puede aseverar la veracidad de los métodos para CuBr2 y LiNO3, por lo que se recomienda su revisión.