Electrocatalizadores orgánicos covalentes altamente selectivos y estables para la evolución sostenible del cloro

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reacción electroquímica de evolución del cloro (CER) es vital para la industria del cloro-alcalino.
• La competencia de la reacción de evolución del oxígeno (OER) y la dependencia de los catalizadores basados en metales dificultan la eficiencia actual de CER.
• Los ánodos dimensionalmente estables (DSA) son comunes pero tienen limitaciones.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y evaluar las estructuras orgánicas covalentes libres de metales (COF) como electrocatalizadores eficientes para el CER.
• Para comparar el rendimiento de los COF con los catalizadores tradicionales como los DSA.
• Para aclarar los sitios activos y el mecanismo responsable de la actividad CER mejorada.

Principales métodos:

• Síntesis de una serie de estructuras orgánicas covalentes libres de metales (Tp-Pa-COF).
• Caracterización electroquímica que incluye pruebas de sobrepotencial, selectividad y estabilidad a 90 °C.
• Caracterización operando y cálculos teóricos para identificar los sitios activos y los mecanismos de reacción.

Principales resultados:

• Los Tp-Pa-COF exhibieron un sobrepotencial significativamente menor (102 mV) para el CER en comparación con el DSA (182 mV) a 400 mA cm-2.
• Se obtiene una selectividad CER superior (100 ± 4%) y una estabilidad a largo plazo (más de 200 h).
• Se identificaron grupos carbonilo y amina como sitios activos, lo que permite la adsorción preferencial de Cl y rompe la relación de escala CER-OER.

Conclusiones:

• Los Tp-Pa-COF libres de metales muestran una actividad y estabilidad excepcionales para la reacción de evolución electroquímica del cloro.
• Estos materiales basados en COF constituyen una alternativa sostenible y eficiente a los catalizadores basados en metales para la producción industrial de cloro.
• Los hallazgos permiten avanzar en el desarrollo de nuevos electrocatalizadores sin metales para procesos industriales críticos.