Doctorado en Ciencias con mención en Química

Carbón activado obtenido a partir de pepas de durazno dopados con heteroátomos (O, N, S y/o P) modificados con hidróxidos metálicos como electrodos para supercapacitores Este proyecto busca desarrollar electrodos de supercapacitores (SCs) con propiedades mejoradas, utilizando materiales derivados de biomasa y técnicas de modificación para contribuir a la transición hacia fuentes de energía renovable y combatir el cambio climático. Se destaca el uso de materiales carbonosos derivados de biomasa, como las pepas de durazno, debido a su disponibilidad, bajo costo, alta porosidad y bajo costo. También se considera el aprovechamiento de queratina extraída de plumas de pollo, rica en heteroátomos de N, O y/o S, para dopar los materiales carbonosos y mejorar sus propiedades electroquímicas. Se revisa el estado del arte del cambio climático, la necesidad utilizar fuentes de energía renovable y los supercapacitores como una solución prometedora. Se mencionan diversos estudios que exploran materiales carbonosos, y su modificación con hidróxidos metálicos para electrodos de SCs, destacando sus propiedades electroquímicas y la importancia del diseño de los electrodos. La justificación del estudio se basa en la urgente necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y migrar hacia fuentes de energía renovable, así como en los desafíos asociados con la producción a gran escala de materiales para SCs, como el uso de precursores costosos y procesos contaminantes. Los objetivos del estudio incluyen la síntesis y optimización de electrodos a partir de pepas de durazno, dopados con heteroátomos y modificados con hidróxidos metálicos de NiMnFe o NiMnZn, así como la optimización de las condiciones de preparación, la evaluación de las propiedades electroquímicas, contribuciones pseudocapacitivas, y la caracterización fisicoquímica de los materiales. La metodología propuesta incluye la extracción de queratina a partir de plumas de pollo, la preparación de carbón activado mediante activación con H3PO4 y carbonización controlada, su modificación con hidróxidos metálicos y la caracterización mediante técnicas electroquímicas y morfológicas. Se espera obtener electrodos con alta capacitancia y estabilidad, contribuyendo al desarrollo de supercapacitores más eficientes y sostenibles. En este trabajo se pretende sintetizar carbón activado (CA) de elevada área superficial y dopado con heteroátomos (O, N, S y P) a partir de residuos biomásicos para su uso como electrodos en supercapacitores. Como precursores del CA se utilizarán pepas de durazno y queratina extraída de las plumas de pollos, con la cual, se pretende introducir diversos heteroátomos interesantes para el almacenamiento de energía. Los CAs se prepararán mediante síntesis hidrotermal en H3PO4 seguida de una etapa de carbonización a distintas temperaturas. Además, se estudiará la funcionalización de estos materiales con hidróxidos metálicos de NiMnFe ó NiMnZn de mediana entropía (con una entropía configuracional entre 1 y 1,5). Para evaluar la capacidad de almacenamiento de energía, se realizarán estudios de voltamperometría cíclica (VC), espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y curvas de carga y descarga galvanostática (CC/CD). También, se realizará caracterizaciones fisicoquímicas como microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectroscopía Raman, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (XRD), análisis de adsorción/desorción de N2, espectroscopía fotoelectrónica de rayos-X (XPS), espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), y análisis termogravimétrico (TGA). Finalmente, el material se ensamblará en supercapacitores tipo coin cells. Se espera que estos materiales, tengan gran capacidad específica, y buena durabilidad soportando gran cantidad de ciclos.

ARIAS PINEDO ,OFELIA MARILU