Observación de las moléculas O2 insertadas en enlaces Fe-H en un marco ferroso-metálico-orgánico

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las interacciones de las moléculas de oxígeno con los sitios metálicos son cruciales, pero a menudo se limitan a las especies M-OO que imitan las enzimas.
• Los nuevos mecanismos de activación del oxígeno y los sitios metálicos siguen siendo poco explorados.
• Es esencial desarrollar métodos eficientes para la captura y utilización selectiva de oxígeno.

Objetivo del estudio:

• Para informar de un nuevo marco metálico-orgánico (MOF), MAF-203, con un sitio Fe ((II) HN3 sin precedentes.
• Investigar la adsorción selectiva de oxígeno del aire por el MAF-203.
• Explorar el mecanismo de interacción del oxígeno con el sitio Fe (II) HN3 y su aplicación en la producción de peróxido de hidrógeno.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización del MOF dopado con Fe ((II), MAF-203 ([Fe3Zn2H4 ((bibtz) 3)).
• Experimentos de adsorción de gases y de avance para evaluar la selectividad del O2/N2 y la captura bajo la humedad.
• Las técnicas espectroscópicas (XAS, in situ DRIFTS) y las simulaciones de dinámica molecular ab initio para estudiar el mecanismo de carga de O2.
• Experimentos electroquímicos en los que se utiliza un electrolizador de estado sólido para la producción de H2O2.

Principales resultados:

• MAF-203 exhibe adsorción selectiva de O2 desde el aire con una selectividad de O2/N2 de 67,1.
• Se confirmó la captura efectiva de O2 incluso a una humedad relativa del 60%.
• La inserción de O2 en enlaces Fe-H formó especies FeIII-OOH con alta entalpía de adsorción (-99,2 kJ mol-1).
• Se logró la producción continua de H2O2 de grado médico (3,2% en peso) del aire durante 70 horas en un electrolizador de estado sólido.

Conclusiones:

• El sitio Fe ((II) HN3 en MAF-203 proporciona un nuevo mecanismo para la adsorción y activación de O2.
• MAF-203 demuestra un potencial significativo para la captura de O2 en el aire y su conversión electroquímica en H2O2.
• Este trabajo abre nuevas vías para comprender las interacciones del sitio O2-metal y desarrollar materiales catalíticos avanzados.