Pasos para determinar la selectividad en la reducción catalizada por el hierro

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La reacción de reducción de oxígeno (ORR) es un proceso clave en las pilas de combustible.
• La selectividad para la producción de agua sobre el peróxido de hidrógeno es vital para una tecnología de pila de combustible eficiente.
• Los mecanismos precisos que rigen la selectividad en los catalizadores de porfirina de hierro siguen sin estar claros.

Objetivo del estudio:

• Investigar la influencia de la concentración de ácido y las condiciones de la solución en la selectividad de la ORR utilizando hierro ((tetramesitylporphyrin) (Fe ((TMP)).
• Para aclarar los orígenes de la selectividad en el ORR electrocatalítico por Fe (TMP).

Principales métodos:

• Experimentos electrocatalíticos con N,N-dimetilformamida (DMF) con diferentes concentraciones de ácido.
• Análisis cinético de las velocidades de reacción y la selectividad del producto.
• Estudios computacionales para apoyar hallazgos experimentales.

Principales resultados:

• La selectividad para la producción de agua se favorece cinéticamente sobre el peróxido de hidrógeno.
• La dependencia de la concentración de ácido ([HX]) es significativamente mayor para la producción de agua en comparación con el peróxido de hidrógeno.
• Un mecanismo propuesto implica la competencia entre la protonación de un intermediario hidroperoxo y su disociación.

Conclusiones:

• La selectividad de Fe ((TMP) en ORR se rige por una competencia cinética entre las vías intermedias de protonación y disociación.
• Los hallazgos excluyen la regioselectividad de la protonación como factor determinante de la selectividad.
• El marco analítico desarrollado puede aplicarse a otras reacciones electrocatalíticas multi-protón/multi-electrón.