Catalizadores bifuncionales basados en mezclas de porfirinas metálicas como componentes de cátodos de baterías de litio-oxígeno

Abstract

La reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de oxígeno (OER) son dos reacciones de gran interés tecnológico, muy importantes para garantizar la eficiencia de dispositivos electroquímicos, involucradas en celdas de combustible, electrólisis del agua y en baterías de Litio- oxígeno. No obstante, las cinéticas de dichos procesos son demasiado lentas y por lo general se requiere el empleo de electrocatalizadores adecuados que mejoren la performance de ambas reacciones (catalizadores bifuncionales o duales). En este contexto, las porfirinas de Fe y Co han demostrado tener buenas propiedades para catalizar la ORR y OER, respectivamente, a menores sobrepotenciales, resultando excelentes candidatos a tener en cuenta. En este trabajo de tesis se emplean porfirinas metálicas soportadas sobre sustratos conductores para evaluar su acción catalítica en medio alcalino. Partiendo de sales de diazonio de porfirinas (con y sin centro metálico), las mismas fueron unidas a sustratos de Au y C por electrografting y por evaporación en condiciones de ultra alto vacío. En todos los casos las películas obtenidas fueron debidamente caracterizadas por técnicas de superficie como AFM, XPS, EQCM, etc. Para finalmente evaluar la actividad catalítica de las mismas para ambas reacciones de interés (ORR y OER). A lo largo de los capítulos experimentales se describen los procesos sintéticos de las sales de diazonio, el crecimiento de multicapas y monocapas controlado mediante la adición de un atrapador de radicales libres a la solución de electrografting, la formación de películas orientadas de manera diferente y la formación de películas de porfirinas mixtas que podrían actuar como catalizadores duales. En todos los casos se evalúa y compara la performance electrocatalítica para las reacciones de evolución y reducción de oxígeno. Se elaboraron conclusiones a partir de los resultados obtenidos permitiendo así visualizar las perspectivas y pasos a seguir con las investigaciones.