Transferencia de electrones relacionada con el spin e interacciones orbitales en la electrocatalisis del oxígeno

Las reacciones de evolución y reducción de oxígeno juegan un papel crítico en la determinación de la eficiencia del ciclo del agua (H2 O ⇔ H2 + 1 2 O2 ), en el cual el hidrógeno sirve como portador de energía. Esto requiere una comprensión integral de la electrocatalisis del oxígeno para un diseño eficiente de catalizadores. Las opiniones actuales sobre la electrocatalisis del oxígeno se han centrado en la termodinámica de la adsorción de reactantes/intermediarios en los catalizadores. Debido a que la molécula de oxígeno es paramagnética, su producción o su reducción a hidróxido/agua diamagnéticos involucra transferencia de electrones relacionada con el spin. Tanto la transferencia de electrones como las interacciones orbitales entre el catalizador y el reactante/intermediario muestran un carácter dependiente del spin, haciendo que la cinética de la reacción y la termodinámica sean sensibles a las configuraciones de spin. A continuación, se proporciona una breve introducción a la explicación espintrónica de los fenómenos catalíticos en la reacción de evolución de oxígeno (OER) y la reacción de reducción de oxígeno (ORR). Se analizan como ejemplos las configuraciones de spin local y las interacciones orbitales en los catalizadores de referencia basados en metales de transición para OER y ORR. Para comprender mejor la electrocatalisis espintrónica del oxígeno y desarrollar catalizadores espintrónicos más eficientes, se resumen los desafíos y se proponen oportunidades futuras. La electrocatalisis de spin puede surgir como un tema importante en un futuro cercano y ayudar a integrar una comprensión integral de la electrocatalisis del oxígeno.