Caracterización electroquímica y morfológica de superficies monocristalinas de Fe3O4 preparadas en ultra alto vacío.

SANTIAGO E. HERRERA; DORIS GRUMELLI; DIANA HOTGUER; BENJAMIN WURSTER

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2015

Los óxidos metálicos han generado gran interés en el campo de la catálisiscomo una alternativa económica frente a los catalizadores estándar basados enmetales nobles. La Magnetita (Fe3O4) es un óxido de hierro económicamente accesibleque puede ser encontrado en diversos yacimientos de hierro. Las propiedadeselectroquímicas de policristales naturales de Fe3O4 y su actividad catalítica frente a lareacción de reducción de oxígeno han sido ampliamente estudiadas.[1,2] Superficiesmonocristalinas de Fe3O4 (001) han sido preparadas y caracterizadas ampliamenterecientemente en condiciones de ultra alto vacío (UHV) por el grupo de UlrikeDiebold.[3]En el presente trabajo se utiliza una cámara de UHV equipada con unmicroscopio de efecto túnel (STM) en UHV y una celda electroquímica para realizarestudios en atmosfera controlada. Mediante el dosaje de oxigeno molecular durantelos ciclos de calentamiento para la limpieza del cristal se preparan en este sistema dossuperficies, una cuya terminación en última capa expone iones Fe3+ y otra que exponeuna mezcla de iones Fe3+ y Fe2+. Estas dos superficies son caracterizadas por STM yluego son transferidas a la celda electroquímica. Una vez en la celda, se mide el valordel potencial de circuito abierto y se realizan experimentos de espectroscopía deimpedancia. El potencial de circuito abierto se ve modificado de acuerdo al estadoredox de la superficie, y la espectroscopía de impedancia permite calcular lacapacidad rédox de la superficie en función del potencial.Los resultados indican que existe un potencial crítico en el cual la capacidadrédox del sistema alcanza un máximo en el cual las concentraciones de Fe3+ y Fe2+ ensuperficie se igualan. Se analizan las diferencias observadas en la curva decapacidad versus potencial para las dos superficies y se propone un modeloelectroquímico que explica el comportamiento observado. A su vez, estos resultadosse comparan con resultados previamente publicados en los cuales se analiza estecomportamiento para muestras policristalinas de Fe3O4 geológica.En este trabajo se estudia de forma controlada la composición superficial deFe3O4 en función del potencial electroquímico y se propone un modelo que permiteexplicar la capacidad de este oxido de actuar como catalizador para la reducción deoxígeno.