Materiales Orgánicos en Superficie para Reacciones (Foto)Activadas

Abordar las consecuencias del cambio climático y en particular sus efectos adversos en el medio ambiente, requiere un esfuerzo colectivo. Uno de los problemas relacionados con el cambio climático es el uso indiscriminado y/o la mala gestión de los recursos naturales. Mientras que los combustibles fósiles han sido la principal fuente primaria utilizada en sectores clave como la energía o la industria de los polímeros, otras fuentes renovables, como la luz solar, han sido ignoradas durante muchos años. Afortunadamente, con el rápido desarrollo de los paneles solares y, en particular, de la ciencia y la tecnología fotovoltaica, la sociedad está cada vez más concienciada del poder de esta fuente inagotable de energía. Una conclusión clara de nuestra dependencia actual de los combustibles fósiles es que es necesario un nuevo paradigma que no dependa de una única fuente de energía ni de un solo recurso natural. El hidrógeno verde y las tecnologías de captura y transformación del dióxido de carbono han sido identificados como vectores energéticos claves que deben contribuir en el desarrollo de una sociedad más sostenible. El objetivo de SUPERXFO es desarrollar sistemas fotocatalíticos que conviertan el agua y/o de dióxido de carbono a hidrógeno y/o etileno y/o etanol, utilizando materiales asequibles y de bajo coste, y sin huella de carbono significativa. En particular, se desarrollarán materiales orgánicos reticulares bidimensionales (2D-COF) específicamente diseñados para ser depositados en superficies conductoras con el fin de generar (foto)electrodos capaces de desencadenar reacciones químicas en superficie y utilizando como principal fuente de energía la luz solar. Para ello, el proyecto aborda dos grandes desafíos: (i) modulación de las propiedades electrónicas del material (semi)conductor y (ii) formación de capas primas homogéneas y de grosor controlado. Para ello, y mediante el diseño racional de la estructura química del material, se pretende no solo mejorar su capacidad de absorber la luz y separar cargas introduciendo grupos dadores y aceptores de electrones sino también aumentar su capacidad de formar tintas precursoras de electrodos. Se utilizarán métodos de síntesis directa y de post-funcionalización de 2D-COF, la última permitiendo además introducir centros co-catalíticos en la estructura (semi)conductora. Estos centros catalíticos aumentan la velocidad de producción de los productos (hidrógeno, etileno o etanol) derivando a una mayor eficiencia global del proceso. Los nuevos materiales se utilizarán en formulaciones junto con otros aditivos para generar tintas adecuadas para hacer (foto)electrodos mediante métodos de deposición escalables, con el objetivo de generar un dispositivo alimentado por luz. Finalmente, se adaptará la tecnología a nivel de prueba de concepto a la producción de productos químicos de interés industrial, como fármacos o agroquímicos, mediante métodos sintéticos que transcurren a través de radicales, un campo poco explorado y que puede adoptar muchos de los principios que se utilizan en las transformaciones de agua o dióxido de carbono. Los electrodos y dispositivos derivados de SUPERXFO estarán compuestos principalmente de material orgánico (mayoritariamente carbono, hidrógeno), con una pequeña proporción de metal correspondiente al centro catalítico, evitando la utilización de metales preciosos . En global, se espera un coste asequible para considerar el escalado e implementación de la tecnología.