Active site engineering for heterogeneous catalysis using emerging nano-structured materials

The growing concern about the depletion of oil has spurred worldwide interest in finding alternative feedstocks for important petrochemical commodities and fuels. On the one hand, the enormous re-serves found (208 trillion cubic feet proven1), environmental sustainability and lower overall costs point to natural gas as the primary source for energy and chemicals in the near future.2 Nowadays the transformation of methane into useful chemicals and liquid fuels is only feasible via synthesis gas, a mixture of molecular hydrogen and carbon monoxide, that is further transformed to methanol or to hydrocarbons under moderate reaction conditions (150-350 °C and 10-100 bar).3 For a major cost reduction and in order to valorize small natural gas sources, either more efficient "syngas to products" catalysts should be produced or the manner in which methane is initially activated should be changed, ideally by developing catalysts able to directly oxidize methane to interesting products such as methanol. On the other hand, from the point of view of CO2 emissions, the use of the re-maining fossil resources will further contribute to global warming. In this scenario, the development of efficient routes for the transformation of CO2 into useful chemicals and fuels would represent a considerable step forward towards sustainability. Indeed, the environmental and economic incen-tives to develop processes for the conversion of CO2 into fuels and chemicals are great. However, for such conversions to become economically feasible, considerable research is necessary. In this lecture we will summarize our recent efforts into the design of new catalytic systems, based on MOFs and COFs, to address these challenges. Examples include the development of new Fe based FTS catalysts, electrocatalysts for the selective conversion of CO2 into syngas, the development of efficient catalysts for the utilization of formic acid as hydrogen storage vector and the development of new enzyme inspired systems for the direct transformation of methane to methanol under mild reaction conditions. References (1) http://www.clearonmoney.com/dw/doku.php?id=public:natural_gas_reserves. (2) Derouane, E. G.; Parmon, V.; Lemos, F.; Ribeiro, F. R. Sustainable Strategies for the Up-grading of Natural Gas: Fundamentals, Challenges, and Opportunities; Springer, 2005. (3) Rofer-DePoorter, C. K. Chemical Reviews. ACS Publications 1981, pp 447–474.

Catálisis heterogenea en redes metaloporfírinicas: sistema MnII-TPPS (TPPS= meso-tetra(4-sulfonatofenil)-porfirina)

Comunicación: Póster presentado en el XXXV Congreso Bienal de la RSEQ (Real Sociedade Española de Química), celebrado en La Coruña, 19 - 23 de Julio de 2015

De catálisis y cachondeces : de trópicos y entropía

Se trata de un análisis de los conceptos de cultura científica y su consiguiente aplicación en el mundo educativo. Se estudia la importancia de aplicar el humor en las clases de Química, y se concluye con la necesidad de encontrar un nuevo modelo educativo que no aleje al alumno debido a la excesiva especialización en este tipo de campos científicos.

Experiencia de catálisis.

Unidad didáctica que muestra una experiencia química sobre el poder catalítico del platino para oxidar el amoníaco, para realizarse en las clases de laboratorio de cuarto y quinto curso de Bachillerato en el Instituto Femenino de Bilbao.

Inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos para aplicación en catálisis

La memoria de tesis titulada “Inmovilización de complejos organometálicos en soportes sólidos para aplicación en catálisis” presenta una serie de trabajos encaminados a la obtención de catalizadores híbridos, que sean estables, activos, selectivos y reutilizables en reacciones de hidrogenación e hidroformilación de olefinas. Para ello, se han estudiado diversos métodos para inmovilizar complejos metálicos en materiales carbonosos y sólidos inorgánicos: adsorción física, anclaje por formación de un enlace covalente e intercambio iónico. Estos catalizadores se han usado en las reacciones mencionadas, analizando sus propiedades catalíticas (actividad y selectividad), así como la robustez de los mismos y las posibilidades de reutilización.

Asymmetric organocatalytic cascade reactions

302 p. : gráf.

Lignin extraction, purification and depolymerization study

280 p. : il.

MOFs basados en metaloporfirinas: diseño estructural orientado a la biomimetización de sus propiedades naturales

La Ciencia y Tecnología de Materiales tiene el reto permanente de desarrollar y mejorar materiales multifuncionales y respetuosos con el medio ambiente. En este sentido, los materiales de tipo MOF (Metal-Organic Framework) están siendo objeto de un gran interés, ya que las redes sólidas de coordinación (especialmente, las porosas) presentan aplicaciones en campos en los que la sociedad manifiesta una demanda creciente de ciencia y tecnología, como el almacenamiento y transporte de energía, la captura de gases con efecto invernadero, la catálisis heterogénea y la liberación controlada de fármacos, entre otros. En este contexto, el presente trabajo se planteó con el objetivo de desarrollar nuevos materiales de tipo MOF basados en metaloporfirinas, al objeto de mimetizar las funciones que desempeñan las mismas en los sistemas biológicos, con el fin de reproducirlas en el estado sólido. Para ello, se han escogido biometales como el hierro y el cobalto: característicos de estos sistemas, de bajo coste y medioambientalmente respetuosos. Por otra parte, las porfirinas seleccionadas han sido las siguientes: TPP (meso-tetra-4-fenilporfirina), TCPP (meso-tetra-4-carboxifenilporfirina) y TPPS (meso-tetra-4-sulfonatofenilporfirina). Estas tres moléculas conforman un conjunto de ligandos que difieren ligeramente en sus grupos funcionales. Asimismo, en ocasiones, se ha utilizado un ligando secundario dipiridínico (4,4´-bipiridina) que ha actuado como espaciador. El diseño de las síntesis se ha centrado tanto en las combinaciones adecuadas de metales y ligandos como en la selección de las técnicas de síntesis. Así, se han obtenido cinco nuevos compuestos, que se han sintetizado en condiciones solvotermales suaves o mediante radiación microondas. La caracterización preliminar de los mismos se ha llevado a cabo mediante análisis cuantitativo, espectroscopia infrarroja y Raman, difracción y fluorescencia de rayos X y medidas de densidad. El estudio estructural se ha realizado mediante difractometría de rayos X y el estudio térmico se ha llevado a cabo mediante termogravimetría y termodifractometría. En los casos en que ha resultado procedente, también se han caracterizado los compuestos mediante espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis), Mössbauer y resonancia paramagnética electrónica (EPR) y mediante medidas de la susceptibilidad magnética. Asimismo, ocasionalmente, se han realizado cálculos mecano-cuánticos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) y medidas catalíticas. El primero de los cinco compuestos obtenidos, de fórmula [FeTCPP], es quiral y destaca por ser la tercera estructura 2D publicada basada en esta porfirina. La formación de este compuesto está condicionada por la oxidación de los iones de hierro y por la existencia de grupos carboxílicos en la porfirina. Por otra parte, con la participación del espaciador 4,4´-bipiridina (bipy) se han obtenido tres redes 1D. Así, la estructura cristalina del compuesto ([FeTPPbipy]•)n se explica mediante la formación de radicales neutros que se estabilizan en un empaquetamiento que permite la formación de enlaces entre los grupos fenílicos de distintas cadenas. La formación de estos enlaces queda corroborada por la existencia de significativas interacciones antiferromagnéticas. Por otra parte, en el compuesto [CoTPP(bipy)]•([CoTPP])0.22•(TPP)0.78, la disposición de las cadenas deja grandes huecos en la red que se ocupan con porfirinas tanto coordinadas como sin coordinar. El tercero de estos compuestos 1D presenta la fórmula [CoTPPS0.5(bipy)(H2O)2]•6H2O y destaca porque la extensión de las cadenas se produce por la alternancia de dos tipos de octaedros de CoII. La naturaleza de los grupos sulfonato de la porfirina TPPS es determinante para comprender la intrincada red de enlaces de hidrógeno de este compuesto, que propician la formación de una red interpenetrada caracterizada por su gran estabilidad térmica (hasta los 370ºC). Finalmente, con la porfirina TCPP se ha obtenido un segundo compuesto de fórmula -O-[FeTCPP]2•nDMF (n≈ 16; DMF = dimetilformamida). El mismo presenta grandes cavidades (47% de porosidad) que diluyen la matriz magnética, caracterizada por fuertes interacciones antiferromagnéticas intradiméricas. Todo ello revela una inusual estructura superhiperfina, observada por espectroscopia EPR. El trabajo que se recoge en esta memoria constituye, por lo tanto, un “viaje” de mayor a menor dimensionalidad en las estructuras cristalinas. La guía de este viaje ha sido la búsqueda de propiedades catalíticas en sistemas heterogéneos. Así, el [CoTPP(bipy)]•([CoTPP])0.22•(TPP)0.78 obedece el enfoque de inmovilizar o anclar el catalizador en los huecos de la red. Sin embargo, la estrategia alternativa seguida para el compuesto m-O-[FeTCPP]2•nDMF (es decir, que el propio MOF actúe de catalizador) es la que ha aportado mejores y más prometedores resultados en lo que a catálisis heterogénea se refiere.

Sistemas SCR y NSR-SCR para DeNOx en corrientes de escape diésel: Formulaciones, cinética y modelización

314 p.

Diseño de catalizadores bifuncionales para el proceso de hidrocraqueo de poliestireno en fase líquida aplicado a la valorización de residuos plásticos

356 p.

Development of the heterogeneous catalysts for the production of levulinic acid from furfuryl alcohol

207 p.

Síntesis enantio- y diastereocontrolada de aminas y alcoholes propargílicos mediante reacciones de Mannich y aldólica organocatalíticas

373 + anexos