Acidez superficial de los intermediarios de la evolución del oxígeno por espectroscopia óptica de estado excitado

Área de la Ciencia:

• Química de las superficies
• Catálisis
• La fotoquímica

Sus antecedentes:

• Se entiende la protonación de catalizadores de óxido metálico homogéneos, pero el papel de la acidez superficial en óxidos metálicos heterogéneos sigue sin estar claro.
• La comprensión actual de la acidez superficial se limita a racionalizar la evolución del producto dependiente del pH debido a la falta de métricas para los intermedios transitorios.

Objetivo del estudio:

• Investigar la dependencia del pH de los productos intermedios metastables en la catálisis de la oxidación del agua.
• Establecer un vínculo entre la acidez superficial y los pasos químicos de la oxidación del agua en una interfaz de óxido metálico heterogéneo.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de sonda de banda ancha visible con resolución de tiempo para detectar productos intermedios emisores.
• Fotoexcitación estudiada de la reacción de evolución del oxígeno (OER) en una interfaz acuosa de SrTiO3 dopada con electrones.
• Se analizó la dependencia del pH de las poblaciones intermedias durante toda su vida (<2 ps a 10 μs).

Principales resultados:

• La dependencia del pH de una población intermedia transitoria (< 2 ps) se conservó ya que se descompuso durante 10 μs, con un inicio de pH de 11,4.
• Se atribuyó una acidez superficial distinta al primer intermediario de oxidación del agua, con un pKa que indica una transición entre las especies Ti-OH• y Ti-O•-.
• La espectroscopia óptica de estado excitado demostró ser sensible a la protonación de los intermedios metestables.

Conclusiones:

• La acidez de la superficie juega un papel crítico en el mecanismo de catálisis de la oxidación del agua en las interfaces de óxidos metálicos heterogéneos.
• Las propiedades de la capa de hidratación influyen significativamente en la estabilidad de los intermedios con diferentes acidez, lo que afecta a las etapas catalíticas posteriores.
• Este trabajo destaca la utilidad de la espectroscopia de estado excitado en la exploración de la dinámica de transferencia de protones en sistemas catalíticos.