| Date: |
2026 |
| Abstract: |
El canvi climàtic és una de les principals preocupacions de la nostra societat, i el consum excessiu de combustibles fòssils hi juga un paper fonamental. Per tant, és imprescindible avançar cap a fonts alternatives tant d'energia com de matèries primeres per a la indústria química que siguin netes i renovables. En aquest context, la fotosíntesi artificial -la producció de combustibles o compostos químics basats en carboni impulsada per energia solar- ha sorgit com una solució prometedora. Tanmateix, les reaccions implicades en aquest procés són cinèticament lentes. Així doncs, es requereixen catalitzadors eficients per tal de fer viable aquest procés en aplicacions pràctiques. En aquest sentit, les nanopartícules (NPs) de metalls de transició han guanyat popularitat com a catalitzadors per a la fotosíntesi artificial. A més, la funcionalització superficial ha demostrat ser una eina útil per a millorar les propietats catalítiques de les NPs. Així doncs, el desenvolupament de nanocatalitzadors funcionalitzats superficialment és de gran interès per a aquesta aplicació. El Capítol 1 introdueix els fonaments cientifico-tècnics de la recerca que es desenvoluparà posteriorment. S'hi discuteixen les estratègies de funcionalització superficial i l'estat de l'art de la catàlisi de la reacció d'evolució d'hidrogen (HER) i de la reacció de reducció del diòxid de carboni (CO2RR). El Capítol 2 descriu els problemes abordats en la recerca presentada en aquest treball, els objectius plantejats per a aquesta Tesi i un conjunt d'estratègies per assolir-los. El Capítol 3 se centra en NPs de Ru per a la catàlisi de HER. S'utilitzen diferents quantitats del lligand 2,2'-bipiridina per controlar la mida de les NPs, amb l'objectiu d'investigar l'efecte de la mida sobre el rendiment catalític dels sistemes. Es desenvolupen models computacionals realistes -gràcies a una extensa caracterització dels nanomaterials- amb l'objectiu d'esclarir els paràmetres que governen l'activitat HER de les NPs de Ru. Al Capítol 4, es presenten NPs de ZnO funcionalitzades amb àcids fosfònics per a l'electrocatàlisi de CO2RR. S'estableix una comparació dels efectes induïts per la naturalesa química de diferents esquelets moleculars de lligands, possibilitada pel fet que les NPs de ZnO presenten una mida i composició similars. La caracterització de l'evolució dels nanocatalitzadors sota condicions catalítiques demostra ser clau per a racionalitzar l'activitat catalítica de les NPs de ZnO recobertes amb lligands. El Capítol 5 explora l'ús d'estructures metal·loorgàniques (MOFs) per funcionalitzar elèctrodes decorats amb nanopartícules destinats a l'electrocatàlisi de CO2RR. Se seleccionen MOFs basats en carborans per a aquesta aplicació a causa de la seva hidrofobicitat i afinitat envers el CO2. S'investiguen diferents vies sintètiques per al creixement d'aquests MOFs sobre diversos materials d'elèctrode (FTO, paper de carboni i fibres de carboni). Finalment, el Capítol 6 presenta les conclusions de la Tesi i destaca les troballes més rellevants d'aquest treball. |
| Abstract: |
El cambio climático es una de las principales preocupaciones en nuestra sociedad, y el consumo excesivo de combustibles fósiles desempeña un papel fundamental en este problema. Por ello, es imprescindible sustituirlos por fuentes alternativas de energía y materias primas químicas que sean limpias y renovables. En este contexto, la fotosíntesis artificial -la producción de combustibles o productos químicos de carbono impulsada por energía solar- ha surgido como una solución prometedora. Sin embargo, las reacciones implicadas en este proceso son cinéticamente lentas. Por tanto, se requieren catalizadores eficientes para hacer este proceso viable en aplicaciones prácticas. En este sentido, las nanopartículas (NPs) de metales de transición han ganado popularidad como catalizadores para la fotosíntesis artificial. Además, la funcionalización superficial ha demostrado ser una herramienta de gran utilidad para mejorar las propiedades catalíticas de las NPs. Por lo tanto, el desarrollo de nanocatalizadores funcionalizados superficialmente es de gran interés para esta aplicación. El Capítulo 1 introduce los fundamentos científico-técnicos de la investigación que se desarrollará posteriormente. Se exponen estrategias de funcionalización superficial y los últimos avances en la catálisis de la reacción de evolución de hidrógeno (HER) y la reacción de reducción de dióxido de carbono (CO2RR). El Capítulo 2 describe los problemas abordados por la investigación presentada en este trabajo, los objetivos planteados para esta Tesis y un conjunto de estrategias para alcanzarlos. El Capítulo 3 se centra en NPs de Ru para la electrocatálisis de HER. Es posible controlar el tamaño de las NPs utilizando diferentes cantidades del ligando 2,2'-bipiridina, con el fin de investigar el efecto del tamaño sobre el rendimiento catalítico de HER de los sistemas. También, se desarrollan modelos computacionales realistas-gracias a una exhaustiva caracterización de los nanomateriales-con el objetivo de esclarecer los parámetros que gobiernan la actividad HER de las NPs de Ru. En el Capítulo 4, se presentan NPs de ZnO funcionalizadas con ácidos fosfónicos para la electocatálisis de CO2RR. Se establece una comparación de los efectos inducidos por la naturaleza química de diferentes esqueletos moleculares de ligandos, posibilitada por el hecho de que las NPs de ZnO presentan un tamaño y una composición similares. La caracterización de la evolución de los nanocatalizadores bajo condiciones catalíticas demuestra ser clave para racionalizar la actividad catalítica de las NPs de ZnO modificadas con ligandos. El Capítulo 5 explora el uso de estructuras metal-orgánicas (MOFs) para funcionalizar electrodos decorados con nanopartículas para la electocatálisis de CO2RR. Se seleccionan MOFs basados en carboranos para esta aplicación debido a su hidrofobicidad y afinidad por el CO2. Asimismo, se investigan diferentes rutas sintéticas para el crecimiento de estos MOFs sobre diversos electrodos (FTO, papel de carbono y fibras de carbono). Por último, el Capítulo 6 presenta las conclusiones de la Tesis y destaca los descubrimientos más importantes de este trabajo. |
| Abstract: |
Climate change is one of the main concerns of our society, and the overconsumption of fossil fuels plays a major role in it. Thus, it is imperative to move onto alternative, clean, and renewable sources of energy and chemical feedstocks. In this context, artificial photosynthesis-the solar-driven production of fuels or carbon-based chemicals-has emerged as a promising solution. However, the reactions involved in this process are kinetically slow. Therefore, efficient catalysts are required to make this process feasible for practical applications. In this regard, transition metal nanoparticles (NPs) have gained popularity as catalysts for artificial photosynthesis. Moreover, surface-functionalisation has proven a powerful tool to enhance the catalytic properties of NPs. Hence, the development of surface-functionalised nanocatalysts is of great interest for this application. Chapter 1 introduces the techno-scientific background of the research that will be developed thereafter. Surface-functionalisation strategies and the state-of-the-art of HER and CO2RR catalysis are discussed. Chapter 2 describes the issues addressed with the research presented in this work, the goals set for this Thesis and a set of strategies to achieve them. Chapter 3 is focused on Ru NPs for HER electrocatalysis. Different amounts of 2,2'-bipyridine ligand are used to control the size of the NPs, in order to investigate the effect of the size in the catalytic HER performance of the systems. Realistic computational models are developed-owing to extensive characterisation of the nanomaterials, in order to shed light on the parameters that rule the HER activity of Ru NPs. In Chapter 4, ZnO NPs functionalised with phosphonic acids for CO2RR electrocatalysis are reported. A comparison is stablished on the effects induced by the chemical nature of different ligand backbones, enabled by the fact that the ZnO NPs display similar size and composition. Characterisation of the evolution of the nanocatalysts under catalytic conditions is proven to be key for the rationalisation of the catalytic activity of ligand-capped ZnO NPs. Chapter 5 explores the use of metal-organic frameworks (MOFs) to functionalise NP-decorated electrodes for CO2RR electrocatalysis. Carborane-based MOFs are chosen for this application due to their hydrophobicity and affinity towards CO2. Different synthetic pathways for the growth of these MOFs over various electrode materials (FTO, carbon paper and carbon fibres) are investigated. Lastly, Chapter 6 presents the conclusions of the Thesis and points out the most relevant findings of this work. |
| Note: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Química |
| Rights: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Language: |
Anglès |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Subject: |
Nanocatàlisi ;
Nanocatalysis ;
Nanocatálisis ;
Fotosíntesi Artificial ;
Artificial Photosynthesis ;
Fotosíntesis Artificial ;
Funcionalització Superficial ;
Surface-Functionalisaton ;
Funcionalización Superficial ;
Ciències Experimentals |
guest ::
