Síntesis y modificación de nanocristales de Redes Metal-Orgánicas (MOFs) para su utilización en procesos de catálisis heterogénea

Abstract

En los últimos años se ha incrementado el interés en utilizar Redes Metal-Orgánicas (MOFs: “Metal-Organic Frameworks”) para aplicaciones en catálisis, siendo actualmente un tópico de intensa investigación dado que estos materiales ofrecen amplias posibilidades de dispersar especies activas en su entorno poroso ordenado. En esta Tesis se combinan varios aspectos de investigación en metal-MOFs con la intención de hacer una contribución en el área de síntesis y aplicación de estos materiales en catálisis. Se tiene como finalidad indagar sobre su potencialidad como nuevos catalizadores factibles de usarse en sistemas de reacción heterogéneos que se lleven a cabo a temperaturas moderadas. Además, se tiene como objetivo generar conocimientos sobre las interrelaciones estructura del catalizador-cualidad-desempeño, que aporten al avance de MOFs aplicados en este ámbito. En particular, se desarrollan investigaciones tomando Zr-MOFs como plataforma de análisis, principalmente UiO-66, el cual es un MOF intensamente estudiado dada su fortaleza en el sentido de la estabilidad térmica y química en comparación con materiales de su misma especie. Los estudios se enfocan en los protocolos de síntesis de este MOF, analizando su obtención con procedimientos más benignos medioambientalmente que los actualmente reportados, estudiando las cualidades fisicoquímicas de los sólidos y explorando la incorporación en éstos de especies dispersas de metales no nobles. Las mejoras logradas en la síntesis de UiO-66, también se aplican posteriormente para la obtención del MOF-808. Finalmente, se caracteriza catalíticamente el comportamiento de los materiales en reacciones test de oxidación, llevadas a cabo en tanto en fase gas como en fase líquida.

In recent years, interest has increased in using Metal-Organic Frameworks (MOFs: “Metal-Organic Frameworks”) for applications in catalysis, currently being a topic of intense research since these materials offer wide possibilities of dispersing active species in their neat porous environment. In this Thesis, various aspects of research on metal-MOFs are combined with the intention of making a contribution in the area of synthesis and application of these materials in catalysis. The purpose is to investigate their potential as new catalysts that can be used in heterogeneous reaction systems that are carried out at moderate temperatures. In addition, the objective is to generate knowledge about the interrelationships between the structure of the catalyst-quality-performance, which contribute to the advancement of MOFs applied in this area. In particular, research is carried out using Zr-MOFs as an analysis platform, mainly UiO-66, which is an intensely studied MOF given its strength in the sense of thermal and chemical stability compared to materials of the same species. The studies focus on the synthesis protocols of this MOF, analyzing its obtaining with more environmentally benign procedures than those currently reported, studying the physicochemical qualities of the solids and exploring the incorporation in these of dispersed species of non-noble metals. The improvements achieved in the synthesis of UiO-66, are also applied later to obtain MOF-808. Finally, the behavior of the materials in oxidation test reactions, carried out in both the gas phase and the liquid phase, is characterized catalytically.