Redes metal-orgánicas con alta conductividad electrónica para almacenamiento de energía

Gándara, Felipe_Logo

El Dr. Felipe Gándara,  licenciado en química por la Universidad Autónoma de Madrid, UAM, realizó su tesis doctoral en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid – CSIC, obteniendo el premio especial de doctorado en la Facultad de Ciencias de la UAM, en el año 2009. Ese mismo año recibió una oferta para trabajar en la Universidad de California, Los Angeles, como investigador post-doctoral, desde donde se trasladó en 2012, a la prestigiosa Universidad de California, Berkeley. Es autor de más de 40 publicaciones científicas en revistas internacionales de alto impacto, como Science, Nature Commun, o J. Amer. Chem. Soc, entre otras,  así como de seis patentes. Desde el 1 de septiembre de 2015, es Investigador ComFuturo en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC, dónde desarrolla su proyecto “Redes metal-orgánicas con alta conductividad electrónica para almacenamiento de energía“. Su línea de investigación está centrada en la preparación y estudio estructural de nuevos materiales cristalinos multifuncionales, con aplicaciones en campos como la catálisis o el almacenamiento y captura de gases de interés energético.

Resumen del Proyecto

En el presente proyecto se propone la preparación de nuevos materiales multifuncionales que combinen alta porosidad y superficie específica junto con propiedades de conducción eléctronica, para su uso en dispositivos de almacenamiento de energía, como baterías o supercapacitadores. El proyecto se centra en el desarrollo de materiales del tipo metal-organic frameworks, MOFs. Los MOFs son una clase de materiales constituidos por centros metálicos y ligandos orgánicos, y que presentan estructuras con poros y cavidades en su interior. Estos materiales son capaces de exhibir altos valores de superficie específica. Sin embargo, hasta ahora son escasos los ejemplos de materiales MOFs que siendo porosos exhiban conductividad eléctrica intrínseca. Para la consecución de los objetivos propuestos, se pretende desarrollar una estrategia basada en la obtención de nuevos MOFs con la combinación de elementos metálicos con actividad redox (Cu, V, Fe, Ni, etc), junto con ligandos orgánicos que presenten características adecuadas para facilitar la movilidad de carga a lo largo de las estructuras. Esto incluye moléculas orgánicas que presenten núcleos con alta deslocalización de electrones, como antracenos o trifenilenos, pero que además incluyan grupos funcionales adecuados para facilitar la comunicación electrónica con los centros metálicos, como grupos quinónicos o tiolatos. La preparación de los nuevos materiales implicará la reacción en condiciones solvotermales de combinaciones de sales de elementos metálicos y ligandos orgánicos como los mencionados. La obtención de alta porosidad se logrará siguiendo la estrategia tradicional en la preparación de MOFs (uso de ligandos con múltiple conectividad y formación de agregados metálicos). Las propiedades de conducción de los nuevos materiales se evaluarán mediante medidas de conductividad y movilidad de carga, y en aquellos casos más prometedores, se evaluará su uso en dispositivos de almacenamiento de carga, como supercapacitadores o como electrodos en baterías.

Aplicación:

Un reto de nuestra sociedad es disponer de medios para almacenar energía de forma eficiente y limpia. A través de este proyecto se pretende desarrollar materiales avanzados que ofrezcan alternativas eficaces a los que actualmente se emplean en el diseño de los dispositivos utilizados para este fin.

Gándara, Felipe_Imagen 1

 Vista a través del microscopio electrónico de barrido de cristales formados por una nueva red metal-orgánica porosa sintetizada en el laboratorio. Cada una de las placas que forman los agregados que aparecen en forma de ramo corresponde a un cristal. Dentro del cristal los átomos que forman la red se repiten de manera ordenada. 

Producción científica derivada del Proyecto ComFuturo

 

Artículos científicos  

  • L. M. Aguirre-Díaz, D. Reinares-Fisac, M. Iglesias, E. Gutiérrez-Puebla, F. Gándara, N. Snejko,M. A. Monge. (2017). Group 13th Metal-Organic Frameworks and their Role in Heterogeneous Catalysis. COORDINATION CHEMISTRY REVIEWS. DOI: 10.1016/j.ccr.2016.12.003

 

  • H. L. Nguyen, F. Gándara, H. Furukawa, T. L. H. Doan, K. E. Cordova, O. M. Yaghi (2016). A Titanium-Organic Framework as an Exemplar of Combining the Chemistry of Metal- and Covalent-Organic Frameworks. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. DOI: 10.1021/jacs.6b01233

 

  • Daniel Reinares-Fisac; Lina María Aguirre-Díaz; Marta Iglesias; Natalia Snejko; Enrique Gutiérrez-Puebla; M. Ángeles Monge; Felipe Gándara (2016). A Mesoporous Indium Metal−Organic Framework: Remarkable Advances in Catalytic Activity for Strecker Reaction of Ketones. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. DOI:10.1021/jacs.6b05706

 

  • Celia Castillo-Blas; Natalia Snejko; Víctor A. de la Peña-O’Shea; Jessica Gallardo; Enrique Gutiérrez-Puebla; Angeles Monge; Felipe Gándara (2016). Crystal Phase Competition by Addition of Second Metal Cation in Solid Solution Metal-Organic Frameworks. DALTON TRANSACTIONS. DOI: 10.1039/C5DT03856A

 

  • Nhung T. T. Nghuyen; Hiroyasu Furukawa; Felipe Gándara; Christopher A. Trickett; Hyung Mo Jeong; Kyle E. Cordova; Omar M. Yaghi (2015).  Three-Dimensional Metal-Catecholate Frameworks and Their Ultrahigh Proton Conductivity. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. DOI: 10.1021/jacs.5b10999

 

Trabajos presentados en congresos

  • Castillo-Blas, Celia; Snejko, Natalia; de la Peña-O’Shea, Victor A.; Gallardo, Jessica; Gutiérrez-Puebla, Enrique; Monge, M. Angeles; Gándara, Felipe. Crystal phase competition by addition of a second metal cation in solid solution metal–organic frameworks. IV Meeting of the Spanish and Italian Crystallographic Associations. Presentación oral. Puerto de la Cruz (España). 21/06/0216-25/06/2016

 

Propiedad Industrial

  • 1 solicitud de patente registrada en la Oficina Española de Patentes y Marcas: P201630937, “Materiales metal-orgánicos micro- y mesoporosos basados en elementos del grupo 13, síntesis y uso como catalizadores heterogéneos”