Conocimientos teóricos sobre la selectividad de catalizadores de Fe-N-C monoatómicos para la reducción electroquímica de NO

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de un solo átomo Fe-N-C son cruciales para la reacción de reducción de óxido de nitrógeno (NORR).
• La comprensión del mecanismo de selectividad de estos catalizadores es vital para el avance de las aplicaciones NORR.
• El origen preciso de la selectividad en NORR en diferentes sitios de Fe-N-C sigue siendo elusivo.

Objetivo del estudio:

• Investigar el mecanismo competitivo impulsado por el potencial para la producción de amoníaco (NH3) e hidroxilamina (NH2OH) en el NORR.
• Esclarecer el papel de los sitios piridino-FeN4 y pirólico-FeN4 en la selectividad de la NORR.
• Explorar la influencia de los potenciales aplicados en la distribución de los productos.

Principales métodos:

• Se emplearon cálculos de la teoría funcional de densidad de potencial constante (DFT).
• El estudio analizó las vías de reacción en los sitios de piridina-FeN4 y pirólico-FeN4.
• Se examinaron los estados intermedios y de transición para comprender los orígenes de la selectividad.

Principales resultados:

• La selectividad en NORR está relacionada con el cambio de los orbitales Fe 3d al interactuar con los intermedios de reacción.
• El piridino-FeN4 favorece al NH3 en potenciales más altos (-0,6 a -1,2 V) y al NH2OH en potenciales más bajos (0,6 a -0,6 V).
• El pirrólico-FeN4 exhibe una selectividad similar dependiente del potencial con un cruce a -1,0 V.

Conclusiones:

• El estudio identifica *NH2OH y *NH2 + *OH como intermediarios que determinan la selectividad en NORR.
• El cambio dependiente del potencial de los orbitales Fe 3d (de Fe 3dz2 en forma de mancuerna a Fe 3dxz, 3dyz y 3dx2-y2) rige la distribución del producto.
• Estos hallazgos proporcionan información crítica sobre el control de la selectividad del producto en NORR utilizando catalizadores de un solo átomo.