Comprensión y diseño de catalizadores bidireccionales y reversibles de reacciones multielectrónicas en varios pasos

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• La bioquímica

Sus antecedentes:

• Las enzimas y los catalizadores moleculares pueden activar moléculas pequeñas como H2 y CO2.
• Los catalizadores con cable de electrodo exhiben bidireccionalidad y reversibilidad, estableciendo altos estándares para el diseño de catalizadores sintéticos.
• El logro de una catálisis bidireccional y reversible en catalizadores sintéticos sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Introducir el modelado cinético para las reacciones bidireccionales de dos electrones-redox.
• Aclarar los conceptos de bidireccionalidad y reversibilidad para los catalizadores moleculares y las enzimas.
• Proporcionar principios de diseño para la ingeniería de estas propiedades en catalizadores sintéticos.

Principales métodos:

• Modelado cinético de las reacciones bidireccionales de dos electrones-redox.
• Análisis de las respuestas voltamétricas a los ciclos catalíticos.
• Análisis termodinámico y cinético de los principios de diseño del catalizador.

Principales resultados:

• La bidireccionalidad y la reversibilidad dependen de dos potenciales catalíticos, no de un solo potencial redox.
• La diferencia entre los potenciales catalíticos define la reversibilidad; la desviación del potencial de equilibrio define la direccionalidad.
• Ninguna de las dos propiedades requiere un paisaje de energía catalítica plano.

Conclusiones:

• Marco teórico para comprender y diseñar catalizadores bidireccionales y reversibles.
• Se ha demostrado su aplicabilidad a los catalizadores moleculares de níquel difosfina y a las hidrogenasas.
• Los mecanismos de reacción complejos con vías ramificadas pueden producir catálisis reversible.