Studio EC-STM della reazione di riduzione del nitrato su octaetilporfirine di ferro depositate su cristallo singolo Au(111)

The nitrate reduction reaction (NO3RR) is attracting a lot of attention not only as a greener alternative synthesis of ammonia to the high energy-consuming Haber-Bosch process, but also for new perspectives of wastewater treatment. For this purpose, following the guidelines of what has been done for ORR and CO2RR, single-atom catalysts are being studied to investigate their catalytic activity towards NO3RR, but a proper description of the reaction mechanism still lacks. In this work, iron-octaethylporphyrin (FeOEP) adsorbed on Au(111) is studied via EC-STM to investigate its capability to catalyze the NO3RR, with the objective to observe its pathway and some intermediates or final products, such as nitrite, nitric oxide and hydroxylamine. High-resolution EC-STM images were taken to characterize the FeOEP monolayer in different environmental conditions but similar tunneling parameters. Statistical methods were employed to evaluate the porphyrin height (ΔZ) and to eventually discriminate adsorbed molecules on the metal center.

La reazione di riduzione dei nitrati (NO3RR) sta acquisendo molta attenzione non solo come un'alternativa più sostenibile al processo Haber-Bosch utilizzato per la sintesi dell'ammoniaca, ma anche per la purificazione delle acque reflue. Per questo motivo, seguendo lo stesso modus operandi di quello che è già stato fatto per l'ORR e la CO2RR, i "single-atom catalysts" vengono studiati per investigare la loro attività catalitica nei confronti della NO3RR, ma ad oggi manca una completa descrizione del meccanismo di reazione. In questa tesi, octaetilporfirine di ferro (FeOEP) adsorbite su Au(111) vengono studiate per mezzo della microscopia a scansione per effetto tunneling in set-up elettrochimico (EC-STM) per investigare la loro capacità di catalizzare la NO3RR, con l'obiettivo di osservare qualche prodotto come nitriti, monossido di azoto e idrossilammina. Immagini EC-STM ad alta risoluzione sono state ottenute per caratterizzare il monolayer di FeOEP in diverse condizioni ma con parametri di tunneling simili. Metodi statistici sono poi stati impiegati per valutare il profilo topografico delle porfirine ed eventualmente identificare molecole adsorbite sul centro metallico.