Caracterización y funcionalización de superficies de magnetita con moléculas de porfirinas metálicas para su empleo en electrocatálisis

Resumen

El plan de tesis se centrará en estudiar las propiedades catalíticas de porfirinas metálicas (Fe, Co, Ni, etc.) inmovilizadas por diferentes métodos, sobre superficies de magnetita (Fe₃O₄) para explorar la mejora en la actividad electrocatalítica de las reacciones de evolución y reducción de oxígeno (OER y ORR, respectivamente). Los métodos de inmovilización de porfirinas a superficies de Fe₃O₄ serán: i) evaporación desde fase vapor (del inglés organic molecule beam evaporation OMBE) y ii) electrografting de la correspondiente sal de diazonio de la porfirina. Por medio de OMBE se obtendrán autoensamblados donde las moléculas de porfirina se acuestan sobre el sustrato, siendo las fuerzas de Van der Waals lo que mantiene unidas las porfirinas al sustrato. El electrografting consiste en la electrorreducción del grupo diazonio de la sal de porfirina formando un radical arilo que se une covalentemente a la superficie generando una unión C-Fe₃O₄, adquiriendo de esta manera las porfirinas una orientación perpendicular respecto al sustrato. El método de OMBE se aplica sobre diferentes superficies de Fe3O4: superficies policristalinas (Fe₃O₄poli), superficies reconstruidas de monocristales de Fe₃O₄ con orientación preferencial 001 (Fe₃O₄(001) rec) y sobre superficies monocristalinas no reconstruidas (Fe₃O₄(001) unrec). El método de electrografting se empleará solo sobre muestras Fe3O4poli. Los diferentes sistemas formados estarán caracterizados por técnicas de superficie tales como microscopía de efecto túnel (STM), difracción de electrones de baja energía (LEED), microscopía de fuerza atómica (AFM), espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS), espectroscopía raman e infrarroja (IR), combinados con técnicas de sincrotrón como estructura fina en la región cercana al borde de absorción de rayos X (XANES) y estructura fina en la región extendida del borde de absorción de rayos X (EXAFS). Se realizarán experimentos electroquímicos convencionales para determinar la actividad electrocatalítica en cada caso y poder comparar el rendimiento de cada sistema porfirina/ Fe₃O₄ como así también obtener información sobre la mecánica de ambas reacciones de interés ORR y OER, utilizando principalmente voltametría cíclica (CV), voltametría de barrido lineal (LSV) y electrodo de disco rotante (RDE), combinadas con técnicas de sincrotrón como estructura fina en la región cercana al borde de absorción de rayos X (XANES) y estructura fina en la región extendida del borde de absorción de rayos X (EXAFS).