Catálisis para el almacenamiento y generación de hidrógeno

Abstract

[ES] La presente tesis doctoral aborda el almacenamiento y producción de hidrógeno verde en compuestos químicos, tales como el metanol, ácido fórmico o en heterociclos aromáticos nitrogenados, mediante el desarrollo de (foto)catalizadores que sean eficientes para la formación de estos compuestos orgánicos líquidos por hidrogenación selectiva del CO2 o para la liberación de hidrógeno. Ambos tipos de procesos son necesarios para la implementación del H2 verde como vector energético sin huella de carbono.

De esta manera el objetivo común a todos los capítulos de la presente Tesis es el desarrollo (foto)catalizadores innovadores que exhiban una mayor actividad y selectividad en estos procesos respecto al estado del arte y que operen en condiciones más convenientes. Específicamente las reacciones estudiadas han sido la hidrogenación selectiva de CO2 a metanol, ciclos de hidrogenación/deshidrogenación del N-etilcarbazol y de sus derivados parcial o totalmente hidrogenados, el reformado en fase acuosa del metanol y la fotodescarboxilación del ácido fórmico. La tesis describe la preparación, estudio de actividad y estabilidad, la determinación de los centros activos y cálculos sobre los mecanismos de reacción para estos procesos.

Mediante una estructura de introducción, discusión de resultados y conclusión desde el capítulo III al capítulo VII se describe de manera exhaustiva y mediante una discusión amplica los procesos (foto) catalíticos (ensayos catalíticos, estudios de mecanismo de reacción, descripción de (foto)catalizadores) llevados a cabo para lograr los objetivos.

Los detalles experimentales, la síntesis de los materiales y los procedimientos de reacción se indican en el capítulo VIII de la Tesis. Finalmente el capítulo IX resume las conclusiones a las que se ha llegado en el presente estudio y que representa un avance sustancial respecto al estado del arte.

[CA] La present tesi doctoral aborda l'emmagatzematge i producció d'hidrogen verd en compostos químics, com ara el metanol, àcid fòrmic o en heterocicles aromàtics nitrogenats, mitjançant el desenvolupament de (foto)catalitzadors que siguen eficients per a la formació d'aquests compostos orgànics líquids per hidrogenació selectiva del CO2 o per a l'alliberament d'hidrogen. Ambdós tipus de processos són necessaris per a la implementació de l'H2 verd com a vector energètic sense petjada de carboni.

D'aquesta manera, l'objectiu comú a tots els capítols de la present tesi és el desenvolupament de (foto)catalitzadors innovadors que exhibisquen una major activitat i selectivitat en aquests processos respecte a l'estat de l'art i que operen en condicions més convenients. Específicament, les reaccions estudiades han sigut la hidrogenació selectiva de CO2 a metanol, cicles d'hidrogenació/deshidrogenació del N-etilcarbazol i dels seus derivats parcialment o totalment hidrogenats, la reformació en fase aquosa del metanol i la fotodescarboxilació de l'àcid fòrmic. La tesi descriu la preparació, estudi d'activitat i estabilitat, la determinació dels centres actius i càlculs sobre els mecanismes de reacció per a aquests processos.

Mitjançant una estructura d'introducció, discussió de resultats i conclusió des del capítol III fins al capítol VII es descriu de manera exhaustiva i mitjançant una discussió àmplia els processos (foto)catalítics (assaigs catalítics, estudis de mecanisme de reacció, descripció de (foto)catalitzadors) realitzats per a aconseguir els objectius.

Els detalls experimentals, la síntesi dels materials i els procediments de reacció s'indiquen en el capítol VIII de la tesi. Finalment, el capítol IX resumeix les conclusions a les quals s'ha arribat en el present estudi i que representa un avanç substancial respecte a l'estat de l'art.

[EN] This doctoral thesis addresses the storage and production of green hydrogen in chemical compounds such as methanol, formic acid, or nitrogenous aromatic heterocycles, through the development of (photo)catalysts that are efficient for the formation of these liquid organic compounds by selective hydrogenation of CO2 or for the release of hydrogen. Both types of processes are necessary for the implementation of green H2 as a carbon-free energy vector.

Thus, the common objective of all chapters in this thesis is the development of innovative (photo)catalysts that exhibit greater activity and selectivity in these processes compared to the state of the art and that operate under more convenient conditions. Specifically, the reactions studied were the selective hydrogenation of CO2 to methanol, hydrogenation/dehydrogenation cycles of N-ethylcarbazole and its partially or fully hydrogenated derivatives, aqueous phase reforming of methanol, and photodecarboxylation of formic acid. The thesis describes the preparation, activity and stability studies, determination of active sites, and calculations on the reaction mechanisms for these processes.

Through a structure of introduction, discussion of results, and conclusion from Chapter III to Chapter VII, the (photo)catalytic processes (catalytic tests, reaction mechanism studies, description of (photo)catalysts) carried out to achieve the objectives are exhaustively described and thoroughly discussed.

The experimental details, synthesis of materials, and reaction procedures are indicated in Chapter VIII of the thesis. Finally, Chapter IX summarizes the conclusions reached in the present study, which represents a substantial advance over the state of the art