Geles de carbón para la electro-reducción de co2 a hidrocarburos, electro-reducción de oxígeno, y almacenamiento de energía

Résumé

En la presente Tesis Doctoral se han desarrollado diferentes series de geles de carbón dopados con metales de transición, tales como níquel, hierro y cobalto. Se han preparado tanto aerogeles, como xerogeles de carbon dopados, utilizando tres contenidos de metal dopante distintos. Todos los materiales se han caracterizado exhaustivamente, y se ha estudiado su comportamiento en tres aplicaciones electro-químicas de máxima actualidad, como son: la electro-reducción de dióxido de carbono a hidrocarburos, la electro-reducción de oxígeno, y como electrodos para super-condensadores. Todos los resultados electro-químicos obtenidos se han correlacionado con las propiedades químicas y texturales de los materiales de carbón dopados desarrollados. Los geles de carbón dopados con hierro y cobalto se han comportado muy bien como electro-catalizadores para la reducción de CO2, detectándose hidrocarburos ligeros de 1 a 4 átomos de carbono, con una alta selectividad a hidrocarburos tipo C3. En el caso de los geles de carbón dopados con hierro, se ha determinado una clara dependencia de la eficiencia faradaica con el tamaño de partícula de hierro: a menor tamaño de partícula, mayor eficiencia y actividad. Por otro lado, lo aerogeles de carbón dopados con Ni desarrollados son especialmente interesantes como catalizadores para la electro-reducción de oxígeno, y también como electrodos para super-condensadores; y en ambas aplicaciones el aumento del contenido en Ni produce una clara mejora del comportamiento electro-químico. En términos generales, la capacidad de grafitización que tienen estos metales de transición durante el tratamiento térmico de carbonización, catalizando en todos los casos la formación de clústeres grafíticos alrededor de las partículas metálicas, junto con un buen desarrollo de la mesoporosidad y microporosidad, hace de estos geles de carbón dopados unos materiales muy prometedores para poder ser implementados en las aplicaciones electo-químicas estudiadas.