Reducción electrocatalítica selectiva de nitrito a dinitrógeno basada en la transferencia desacoplada protón-electrón

Área de la Ciencia:

• Química del medio ambiente
• Ciencias de la catálisis
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• La sostenibilidad del ciclo del nitrógeno depende de los catalizadores de desnitrificación que convierten nitrato y nitrito en dinitrógeno.
• El control de la selectividad en las reacciones complejas multielectrón/protón sigue siendo un desafío importante.

Objetivo del estudio:

• Explorar vías de transferencia secuencial de protones y electrones (SPET) para mejorar la selectividad de las reacciones electroquímicas.
• Investigar la selectividad dependiente del pH de un electrocatalizador de sulfuro de oxo-molibdeno para la reducción de nitritos.

Principales métodos:

• Catálisis electroquímica mediante el uso de un electrocatalizador de sulfuro de oxo-molibdeno.
• Operando la resonancia paramagnética electrónica (EPR) y la espectroscopia Raman para identificar las especies intermedias.
• Modelado matemático para predecir la dependencia del pH basado en los intermediarios de reacción pK_a.

Principales resultados:

• El catalizador exhibió una selectividad dependiente del pH del tipo volcánico para la reducción de nitrito a dinitrógeno, con un pico en el pH 5.
• La formación de especies intermedias se correlacionó con las predicciones matemáticas de la dependencia del pH determinada por pK_a.
• Logró una eficiencia Faradaic récord del 13,5% para la conversión de nitrito en dinitrógeno en condiciones neutras.

Conclusiones:

• La transferencia secuencial de protones-electrones (SPET) es una estrategia viable para mejorar la selectividad de la reacción electroquímica.
• El comportamiento dependiente del pH de los intermedios dicta el rendimiento del catalizador.
• El catalizador desarrollado ofrece una solución prometedora para una desnitrificación eficiente en condiciones neutras.