Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) performs the electrolysis of water to produce hydrogen, a source of clean and renewable energy. The most used commercial electrolyte in PEMWE is the Nafion membrane, a material that is expensive and difficult to recycle. The partial replacement of Nafion with cellulose nanocrystals (CNCs) can produce composite membranes can increased electrical, mechanical and biodegradability properties. In this sense, the objective of this work is to study the elaboration of nanocomposites (Nafion-CNC) aiming at developing high-performance electrolytes for application in PEMWE. The effects of adding CNCs to Nafion were evaluated. Nafion membranes were produced with two types of CNCs, one obtained by enzymatic hydrolysis and the other by acid hydrolysis (commercial). The addition of both CNCs has similar effects on Nafion's properties. For samples with both commercial and enzymatic CNC, an increase in the modulus of elasticity (10% and 40% respectively) and maximum stress (10% and 13% respectively) was observed. The two nanocomposites showedlower initial thermal degradation temperatures, however, they still showed sufficient stability (Tonset gt; 170°C) for application in PEMWE (standard operating temperature lt;100°C). Furthermore, there was a significant increase in the humidification capacity and increase in conductivity. Composite membranes were tested in PEMWE and their usability was proven.

La electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones (PEMWE) realiza la electrólisis del agua para producir hidrógeno, una fuente de energía limpia y renovable. El electrolito comercial más utilizado en PEMWE es la membrana Nafion, un material caro y difícil de reciclar. El reemplazo parcial de Nafion con nanocristales de celulosa (CNC) puede producir membranas compuestas que pueden aumentar las propiedades eléctricas, mecánicas y de biodegradabilidad. En este sentido, el objetivo de este trabajo es estudiar la elaboración de nanocompositos (Nafion-CNC) con el objetivo de desarrollar electrolitos de alto rendimiento para su aplicación en PEMWE. Se evaluaron los efectos de agregar CNC a Nafion. Las membranas de Nafion se produjeron con dos tipos de CNC, uno obtenido por hidrólisis enzimática y el otro por hidrólisis ácida (comercial). La adición de ambos CNC tiene efectos similares en las propiedades de Nafion. Para muestras con CNC tanto comerciales como enzimáticas, se observó un aumento en el módulo de elasticidad (10% y 40% respectivamente) y tensión máxima (10% y 13% respectivamente). Los dos nanocompuestos mostraron temperaturas iniciales de degradación térmica más bajas, sin embargo, aún mostraron suficiente estabilidad (Tonset gt; 170 °C) para su aplicación en PEMWE (temperatura de operación estándar lt;100 °C). Además, hubo un aumento significativo en la capacidad de humidificación y un aumento en la conductividad. Las membranas compuestas se probaron en PEMWE y se comprobó su usabilidad.

A eletrólise da água com membrana de troca de prótons (PEMWE) realiza a eletrólise da água para produzir hidrogênio, uma fonte de energia limpa e renovável. O eletrólito comercial mais utilizado no PEMWE é a membrana de Nafion, um material caro e de difícil reciclagem. A substituição parcial do Nafion por nanocristais de celulose (CNCs) pode produzir membranas compostas com propriedades elétricas, mecânicas e de biodegradabilidade aumentadas. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é estudar a elaboração de nanocompósitos (Nafion-CNC) visando o desenvolvimento de eletrólitos de alto desempenho para aplicação em PEMWE. Os efeitos da adição de CNCs ao Nafion foram avaliados. As membranas de nafion foram produzidas com dois tipos de CNCs, um obtido por hidrólise enzimática e outro por hidrólise ácida (comercial). A adição de ambos os CNCs tem efeitos semelhantes nas propriedades do Nafion. Para amostras com CNC comercial e enzimática, observou-se um aumento no módulo de elasticidade (10% e 40% respectivamente) e tensão máxima (10% e 13% respectivamente). Os dois nanocompósitos apresentaram menores temperaturas iniciais de degradação térmica, porém, ainda apresentaram estabilidade suficiente (Tonset gt; 170°C) para aplicação em PEMWE (temperatura padrão de operação lt;100°C). Além disso, houve um aumento significativo na capacidade de umidificação e aumento na condutividade. As membranas compostas foram testadas em PEMWE e sua usabilidade foi comprovada.

Se diseñó una celda combustible de hidrógeno a nivel de laboratorio, operando en modo potenciostático (1 V, 1,23 V, 1,5 V y 5 V), obteniéndose parámetros característicos que permiten mejorar mediante una electrólisis la producción de hidrógeno. Para esto se adaptó una membrana de intercambio protónico, Nafion 117, la cual fue sometida a un tratamiento previo de activación, permitiendo comparar su funcionamiento y rendimiento. Se obtuvieron valores de densidad de corriente, grado de conversión, coeficiente de transferencia de materia y caudal de hidrógeno generado en un instante (t).

A hydrogen fuel cell was designed in the laboratory, operating in potentiostatic mode (1 V, 1.23 V, 1.5 V and 5 V), obtaining characteristic parameters that allow improving hydrogen production by means of electrolysis. For this, a proton exchange membrane, Nafion 117, was adapted, which was subjected to an activation pretreatment, allowing us to compare its performance and function. Values for current density, degree of conversion, mass transfer coefficient and hydrogen flow generated in an instant (t) were obtained.

Se informa sobre la electrosíntesis de una metaloporfirina de níquel utilizando la 5,10,15,20-tetraquis(p-hidroxifenil)porfirina (TPPOH) como ligante. Previo a la electrosíntesis, se aplicó la técnica de voltamperometría cíclica para establecer las condiciones que permitieran la reducción electroquímica de la porfirina hasta el radical dianión. La electrosíntesis de la metaloporfirina se llevó a cabo en las condiciones establecidas por la voltamperometría. La electrólisis se efectuó en una celda no dividida, con ánodo de sacrificio de níquel y a potencial controlado, para propiciar la formación química del metalocomplejo por reacción del radical dianión de la porfirina y los iones Ni(II), ambos electrogenerados en el proceso. Se estudió el efecto de la aplicación de una onda ultrasónica de 20 kHz en el proceso de electrosíntesis de la metaloporfirina. La porfirina, de base libre y los productos obtenidos, en ausencia y presencia de ultrasonido, fueron caracterizados mediante Absorción Atómica, UVVisible, IR y análisis elemental. Los resultados de la caracterización permiten establecer que el proceso condujo a la formación de la metaloporfirina de Ni(II) con la TPPOH, con una eficiencia electrolítica superior al 80%. La aplicación de la onda ultrasónica de 20 kHz, a la amplitud de estudio, favoreció el rendimiento de la reacción y no condujo a cambios en el mecanismo electroquímico.

The electro-synthesis of a nickel metalloporphyrin by using the 5,10,15,20-tetraquis(p-hydroxyphenyl)porphyrin (TPPOH) as binding agent is reported. Before the electrosynthesis, cyclic voltammetry technique was applied to establish the best conditions for the electrochemical reduction of the porphyrin to the di-anion radical. The electrosynthesis of the metalloporph yrin was done under the conditions found from voltammetry. The electrolysis was performed in a non-divided cell, with a nickel sacrificial anode and at controlled potential, in order to favouring the chemical formation of the metal-complex by reaction between the porphyrin dianion radical and Ni(II) ions, both of them electro-generated during the process. The effect of the use of an ultrasonic wave of 20 kHz in the metalloporphyrin electro-synthesis process was studied. The porphyrin, of free base, and the products obtained in both the absence and the presence of ultrasonic were characterized through Atomic Absorption, UV-Visible, IR and elemental analysis. The results of th is characterization make available to establish that the process leads to the formation of the metalloporphyrin of Ni(II) with TPPOH, with an electrolytic efficiency greater than 80%. The application of the 20 kHz ultrasonic wave at the amplitude of the study favoured the yield of the reaction and did not lead to changes in the electrochemical mechanism.

Usando la técnica de catálisis de transferencia entre fases, se reporta la cloración anódica del fenilnonano en un sistema de dos líquidos inmiscibles (diclorometano-agua) utilizando iones de tetrabutilamonio como agente de transferencia entre fases del ion cloruro. Se obtuvo como producto principal el pclorononilbenceno, con un rendimiento (47%) mayor al obtenido de las electrólisis en un medio orgánico sencillo (24%). La formación de este producto es dependiente del tipo y concentración del agente de transferencia, pH, temperatura y potencial de oxidación. Los valores óptimos obtenidos fueron: Bu4NHSO4 (0.3 M), pH: 4 - 6, t = 35°C, E = 1.70 V vs Ag/Ag+. De acuerdo a nuestros resultados, a potenciales de oxidación menores que el del aromático, la formación del producto clorado se debe a la reacción química de la especie clorante generada electroquímicamente y el fenilnonano en solución mientras que a potenciales mayores, la reacción ocurre entre la especie clorante y una especie catiónica proveniente de la electrooxidación del fenilnonano. Experimentos realizados en un medio acetonitrilo-agua confirman estas propuestas de reacción; en este caso a bajos potenciales (1.40 V) se forma el p-clorononilbenceno (20%) por reacción de especies clorante-fenilnonano, mientras que a potenciales mayores se obtienen p-clorononilbenceno (27%) y nonilacetanilida (34%) por reacción de la especie clorante y el medio electrolítico con la especie catiónica intermediaria orgánica.

By using phase transference catalysis, anodic chlorination of phenylnonane in a two immiscible liquids (dichloromethane-water) with tetrabutylammonium as the transference agent; pchlorononylbenzene was obtained as the main product with an organic yield of 47%, which means an improvement compared with 24% obtained when using a single solvent. Formation of p-chlorononylbenzene depends upon the nature and concentration of the transference agent, pH, temperature, and oxidation potential. The best conditions were reached using 0.3M Bu4NHSO4, at a pH ranging within 4 and 6, at 35°C and 1.70 V vs Ag/Ag+. Our results suggest that at those potentials below the oxidation peak of the aromatic, the formation of the chlorinated species is due to a chemical reaction between the electrochemically generated chlorinating species and the neutral molecule of phenylnonane. On the other hand, at those potentials above the oxidation peak, the reaction occurs between the chlorinating species and a cationic species generated by oxidation of phenylnonane. To confirm our results, experiments were run in acetonitrile-water, showing that at low potentials (~1.40 V vs Ag/Ag+), 20% of p-chlorononylbenzene is formed by direct reaction between the chlorinating species and the phenylnonane while at higher potentials, 27% of p-chlorononylbenzene and 34% of nonylacetamide is produced by reaction of the chlorinating species and the electrolytic medium with the organic cationic intermediate species.