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- ItemAumento del rendimiento de electrodos a base de disulfuro de molibdeno (MoS2) para la reducción electroquímica de N2 mediante metodologías de supresión de HER(2025) Barraza Quiñones, Pablo Alejandro; Isaacs Casanova, Mauricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de QuímicaEn este trabajo, se propone aumentar el rendimiento de la reducción electroquímica del nitrógeno (NRR) sobre electrodos a base de disulfuro de molibdeno (MoS2), mediante tres estrategias conjuntas de supresión de la reacción de evolución de hidrógeno (HER). La primera estrategia, consiste en el uso de líquidos iónicos para crear una capa hidrofóbica y más selectiva hacia el N2 sobre electrodos a base de MoS2. La segunda estrategia consiste en la modificación del MoS2 con hierro para obtener un compuesto que presente más actividad electrocatalítica hacia la molécula de N2 que hacia los protones (H+) presentes en el electrolito. La tercera estrategia consiste en el uso de una celda de electrólisis diseñada para trabajar a presión, para aumentar la solubilidad del N2 en el electrolito. En la primera parte del trabajo, se prepararon tintas a base de MoS2 y se evaluaron en conjunto con 5 líquidos iónicos de la familia aniónica bis(trifluorometillsulfonil)imida [TFSI]. En la segunda parte del trabajo, se prepararon tintas a base de MoS2/FeS2 en conjunto con 2 líquidos iónicos de la familia [TFSI].Tanto el MoS2 como el MoS2/FeS2 fueron obtenidos mediante una ruta sintética hidrotermal. Ambos compuestos fueron caracterizados utilizando técnicas microscópicas (FESEM), espectroscópicas (FT-IR, Raman, XPS) y cristalográficas (XRD). Además, se estudió la interacción entre ambos compuestos sintetizados y los líquidos iónicos mediante FESEM y FT-IR. La capacidad electrocatalítica y estabilidad de los electrodos fueron evaluadas mediante voltametrías cíclicas (CV), voltamperometrías lineales (LSV) y cronoamperometrías en ambientes saturados de Ar y N2. Igualmente, se calcularon las áreas electroactivas de los electrodos (ECSA) mediante el cálculo de la capacitancia. También se estudió la formación de H2, NH3 e intermediarios en función del potencial mediante análisis DEMS (Differential Electrochemical Mass Spectrometry).Finalmente, se evaluó la eficiencia electrocatalítica de los compuestos en la reducción de nitrógeno. Para ello, se realizó electrólisis a distintos potenciales durante 2 horas. Los productos obtenidos de la electrólisis fueron detectados y cuantificados mediante métodos espectrofotométricos.
- ItemSíntesis y caracterización de materiales porosos derivados del MOF-808 y UiO-67-NH2 con aplicación en catálisis heterogénea sobre derivados de la biomasa.(2025) Roa Gómez, Vanesa Belen; Schott Verdugo, Eduardo ; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química y FarmaciaResulta innegable que la humanidad ha desarrollado una marcada dependencia de los combustibles, principalmente el petróleo y los biocombustibles, como fuentes primarias para satisfacer nuestras necesidades energéticas. Este aumento progresivo en su utilización ha implicado el agotamiento acelerado de recursos naturales en conjunto de los efectos de contaminación ambiental. De este modo es prometedor el desarrollo de nuevas energías renovables y de combustibles alternativos a partir de derivados de la biomasa lignocelulósica, la cual mediante procesos de pretratamiento y fraccionamiento permite la separación de sus componentes para la formación de moléculas plataforma que son el inicio para la obtención de productos químicos de valor agregado. Algunas moléculas plataforma son el benzaldehído y catecol, los cuales permiten la obtención de productos como acetales y benzoquinonas, respectivamente, en presencia de un catalizador ácido, como ácidos minerales, siendo estos corrosivos y también perjudiciales para el medio ambiente. Para dar solución a esta problemática, ha sido relevante el estudio y desarrollo de catalizadores heterogéneos a partir de materiales porosos. Entre este tipo de catalizadores se encuentran las mallas metal-orgánicas o también conocidos como MOFs (del inglés Metal Organic Frameworks). Los MOFs son una subfamilia de los polímeros de coordinación (PC) que están formados por la unión de un clúster metálico y ligandos orgánicos. Los MOFs son materiales prometedores que presentan propiedades como alta cristalinidad, gran volumen de poro, gran área específica y gran tamaño de poros. Además, son materiales que pueden ser modificados estructuralmente lo cual permite ampliar las aplicaciones de estos materiales. Esta investigación se basa principalmente en la síntesis y caracterización de MOF808-M (siendo M: Zr(IV), Hf(IV) y Ce(IV)) y su posterior modificación post-sintética (PSM), adicionando sitios ácidos de Brønsted para dar origen a MOF-808-SO4-M. En segundo lugar, se propone la síntesis y caracterización de UiO-67-NH2-M y su PSM en presencia de 1,3-propanosultona para la formación de un catalizador con sitios ácidos Brønsted denominado, UiO-67-NH-SO3H-M. Estas estructuras serán caracterizadas estructuralmente mediante difracción de rayos X de polvo (PXDR), adsorción y desorción de nitrógeno, valoraciones potenciométricas ácido base, espectroscopía infrarroja (FT-IR) y mediante análisis termogravimétrico (TGA). Finalmente serán aplicados en pruebas catalíticas como acetalización de benzaldehído y la oxidación de catecol considerando el uso de reactivos comerciales.
- ItemElectrodos de pastas de materiales carbonosos aglutinados con líquidos iónicos modificados con nanosompositos de polianilina/óxidos de metales de transición: actividad electro y fotoelectrocatalítica hacia la producción de hidrógeno y reducción de oxígeno(2025) Ibarra Ibarra, José Fernando; Ramírez Jofré, Galo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química y FarmaciaDesde el punto de vista energético, el estudio de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de hidrógeno (HER) cobra gran relevancia e interés por su uso en dispositivos generadores de energía limpia, como lo son, por ejemplo, las celdas de combustible. Uno de los catalizadores más eficientes, en términos del sobrepotencial utilizado para llevar a cabo estas reacciones, es el platino, sin embargo, su escases y alto costo de obtención hacen necesaria la búsqueda de nuevos materiales que sean abundantes, baratos y con gran actividad catalítica. En este estudio, se exploró el desarrollo de electrocatalizadores eficientes y de bajo costo para la producción de hidrógeno y reducción oxígeno. Se realizó el diseño y caracterización de electrodos de pasta de carbono aglutinados con el líquido iónico N-Octilpiridinio de hexafluorofosfato modificados con óxidos de metales de transición nanoestructurados (Fe₂O₃, Co₃O₄, CoFe₂O₄) y nanofibras de polianilina, mediante depósito superficial, así como incluidos dentro de la pasta. La caracterización de los materiales, mediante técnicas como FE-SEM, XRD, FT-IR y espectroscopía Raman, confirmó la formación de nanoestructuras con alta cristalinidad y una distribución homogénea en la matriz del electrodo. Los estudios electroquímicos revelaron que la incorporación de estos óxidos y la polianilina mejoran significativamente el rendimiento de los electrodos en distintos medios de reacción. El sistema α-Fe₂O₃/MWCNTs/IL destacó en la ORR en medio ácido, mientras que el CoFe₂O₄/MWCNTs/IL mostró la mayor actividad para la HER en medio neutro. Además, se realizó el estudio de la actividad fotoelectrocatalítica del sistema MWCNTs/IL/PANI-α-Fe₂O₃ para HER, observando un aumento de la corriente bajo irradiación, lo que sugiere su potencial para aplicaciones fotoelectroquímicas. En resumen, este trabajo ofrece una nueva perspectiva sobre el diseño de electrocatalizadores eficientes y rentables para HER y ORR, con aplicaciones potenciales en tecnologías de energía limpia.
- ItemExploring the Hypochlorous Acid Molecule: Reactivity and Associativity Insights from Conceptual DFT and Reaction Force Analysis(2025) Benítez Olivares, Francisca Javiera; Toro Labbé, Alejandro; Gutiérrez Oliva, Soledad; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química y FarmaciaEl ácido hipocloroso (HOCl) es un ácido débil que puede formar dímeros, trímeros y complejos con agua, amoníaco y otras moléculas polares, estabilizándose por enlaces de hidrógeno y/o halógeno. Su reactividad es relevante en bioquímica y química troposférica, lo que hace crucial estudiar cómo interactúa con otras especies y cómo se manifiesta su actividad electrónica durante esas interacciones. En esta tesis se introduce el concepto de actividad electrónica de base (BEA), un nuevo descriptor del comportamiento electrónico molecular en equilibrio, que sirve para predecir la reactividad asociada con los modos vibracionales. Este descriptor se aplicó al estudio del HOCl en interacción con agua y amoníaco, explorando sus enlaces de hidrógeno. Posteriormente, el estudio se amplió a la caracterización de los procesos de formación/disociación de complejos HOCl···NH3 y HOCl···H2O, utilizando el análisis de la fuerza de reacción (RFA) y el flujo electrónico de reacción (REF), los cuales permiten monitorear la actividad electrónica y cuantificar las energías involucradas en los eventos químicos utilizando los denominados trabajos de reacción. Mediante el uso de diversas herramientas complementarias, se establece un marco teórico para comprender la química del ácido hipocloroso y sus agregados.
- ItemSíntesis de oligómeros peptoides empleando la reacción de Ugi-4C. Estudio de su uso como agente dopante en membranas de polisulfona para ultrafiltración(2024) Niebla Morejón, Vladimir; Fierro Huerta, Angélica; Tundidor Camba, Alain; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química y FarmaciaEn la actualidad, las principales causas de la desertificación y sequía a nivel mundial están relacionadas con la destrucción de los bosques y la consecuente erosión de los suelos, la sobreexplotación de los recursos hídricos, el exceso de riego, la salinización y la contaminación de las aguas. Existen en el mundo diversas alternativas para obtener agua potable para el consumo humano y para uso en la industria agrícola, por ejemplo: el tratamiento químico de aguas residuales provenientes tanto del sector agrícola como doméstico, la obtención de agua potable a partir de la desalinización del agua de mar empleando la energía térmica proveniente del Sol o mediante calentamiento artificial y la desalinización del agua de mar para obtener agua potable empleando diferentes sistemas de filtración por membranas.La implementación de la tecnología de membranas para la filtración de solutos disueltos en un fluido es un método eficaz de separación que ofrece ventajas como: separación continua sin adición de aditivos, bajos costos de inversión, bajo consumo de energía, reduce la emisión de residuos que atentan contra el medio ambiente, así como la recuperación de otros componentes que presentan cierto valor. Uno de los polímeros más empleados en la actualidad en la fabricación de membranas para la filtración de agua es la polisulfona (PSf). Sin embargo, la PSf por sí sola presenta ciertos inconvenientes relacionados con el ensuciamiento de la superficie, lo que disminuye su desempeño en el tiempo.Se ha comprobado que la incorporación de aditivos polares que aumenten la hidrofilia de la membrana de PSf disminuye el ensuciamiento de esta, por lo que este trabajo explora la síntesis y caracterización de ocho oligómeros peptoides obtenidos a través de la reacción Multicomponentes de Ugi (Ugi-4C). Estos oligómeros se utilizaron como aditivos polares en la preparación de membranas de PSf utilizando la técnica de inversión de fase. La incorporación de estos oligómeros permitió la evaluación de las propiedades de la membrana, incluyendo la morfología, la porosidad, la hidrofilicidad, la permeabilidad al agua y el rechazo de la albúmina de suero bovino (BSA). Los resultados demostraron que la adición de oligómeros con grupos polares mejoró significativamente la afinidad de las membranas por el agua, aumentando así su resistencia al ensuciamiento. Además, se encontró que el tamaño de poro y la porosidad variaban dependiendo de la concentración y la estructura del oligómero. Las membranas modificadas exhibieron una permeabilidad reducida, pero una mayor eficiencia de rechazo de BSA en comparación con las membranas de polisulfona sin modificar. Estos hallazgos sugieren que los oligómeros derivados de la reacción de Ugi-4C representan una estrategia eficaz para mejorar las propiedades de las membranas de ultrafiltración, las cuales podrían tener aplicaciones significativas en el tratamiento de agua y los procesos de separación de proteínas.