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Grant support

The authors thank Dr. M. V. Shashkov for the GC-MS measurements and Prof. E. P. Talsi for discussions. This work was partially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the governmental order for the Boreskov Institute of Catalysis (BIC, project AAAA-A21-121011390008-4). The studies were carried out using facilities of the shared research center "National Center of Investigation of Catalysts" at BIC. J.J.C., J.M.P., A.S.-D., and J.P.-J. are grateful for grants PID2021-128128NB-I00 and PID2020-112762GB-I00 funded by MINECO/AEI/10.13039/501100011033 and by "ERDF A way of making Europe" and the Generalitat de Catalunya (2021SGR00110). A.S.-D. also acknowledges the Spanish Ministry of Universities and the European Union - Next Generation EU for financial support through a Margarita Salas grant.

Análisis de autorías institucional

Puiggali-Jou, JordiAutor o CoautorSole-Daura, AlbertAutor o CoautorPoblet, Josep MAutor o CoautorCarbo, Jorge JAutor (correspondencia)

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21 de agosto de 2023
Publicaciones
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Artículo
Hybrid Gold

Resolving the Mechanism for H2O2 Decomposition over Zr(IV)-Substituted Lindqvist Tungstate: Evidence of Singlet Oxygen Intermediacy

Publicado en:Acs Catalysis. 13 (15): 10324-10339 - 2023-07-24 13(15), DOI: 10.1021/acscatal.3c02416

Autores: Maksimchuk, Nataliya V; Puiggali-Jou, Jordi; Zalomaeva, Olga V; Larionov, Kirill P; Evtushok, Vasilii Yu; Soshnikov, Igor E; Sole-Daura, Albert; Kholdeeva, Oxana A; Poblet, Josep M; Carbo, Jorge J

Afiliaciones

Boreskov Inst Catalysis, Novosibirsk 630090, Russia - Autor o Coautor
Univ Rovira & Virgili, Dept Quim Fis & Inorgan, Tarragona 43005, Spain - Autor o Coautor

Resumen

The decomposition of hydrogen peroxide (H2O2) is the main undesired side reaction in catalytic oxidationprocessesof industrial interest that make use of H2O2 as a terminal oxidant, such as the epoxidation of alkenes. However,the mechanism responsible for this reaction is still poorly understood,thus hindering the development of design rules to maximize the efficiencyof catalytic oxidations in terms of product selectivity and oxidantutilization efficiency. Here, we thoroughly investigated the H2O2 decomposition mechanism using a Zr-monosubstituteddimeric Lindqvist tungstate, (Bu4N)(6)[{W5O18Zr(& mu;-OH)}(2)] ({ZrW ( 5 ) } ( 2 )),which revealed high activity for this reaction in acetonitrile. Themechanism of the {ZrW ( 5 ) } ( 2 )-catalyzed H2O2 degradationin the absence of an organic substrate was investigated using kinetic,spectroscopic, and computational tools. The reaction is first orderin the Zr catalyst and shows saturation behavior with increasingH(2)O(2) concentration. The apparent activationenergy is 11.5 kcal & BULL;mol(-1), which is significantlylower than the values previously found for Ti- and Nb-substitutedLindqvist tungstates (14.6 and 16.7 kcal & BULL;mol(-1), respectively). EPR spectroscopic studies indicated the formationof superoxide radicals, while EPR with a specific singlet oxygen trap,2,2,6,6-tetramethyl-piperidone (4-oxo-TEMP), revealed the generationof O-1(2). The interaction of test substrates,& alpha;-terpinene and tetramethylethylene, with H2O2 in the presence of {ZrW ( 5 ) } ( 2 ) corroborated the formationof products typical of the oxidation processes that engage O-1(2) (endoperoxide ascaridole and 2,3-dimethyl-3-butene-2-hydroperoxide,respectively). While radical scavengers (BuOH)-Bu- t and p-benzoquinone produced no effect on theperoxide product yield, the addition of 4-oxo-TEMP significantly reducedit. After optimization of the reaction conditions, a 90% yield ofascaridole was attained. DFT calculations provided an atomistic descriptionof the H2O2 decomposition mechanism by Zr-substitutedLindqvist tungstate catalysts. Calculations showed that the reactionproceeds through a Zr-trioxidane [Zr-& eta;(2)-OO(OH)] keyintermediate, whose formation is the rate-determining step. The Zr-substitutedPOM activates heterolytically a first H2O2 moleculeto generate a Zr-peroxo species, which attacks nucleophilically toa second H2O2, causing its heterolytic O-Ocleavage to yield the Zr-trioxidane complex. In agreement with spectroscopicand kinetic studies, the lowest-energy pathway involves dimeric Zrspecies and an inner-sphere mechanism. Still, we also found monomericinner- and outer-sphere pathways that are close in energy and couldcoexist with the dimeric one. The highly reactive Zr-trioxidane intermediatecan evolve heterolytically to release singlet oxygen and also decomposehomolytically, producing superoxide as the predominant radical species.For H2O2 decomposition by Ti- and Nb-substitutedPOMs, we also propose the formation of the TM-trioxidane key intermediate,finding good agreement with the observed trends in apparent activationenergies.

Palabras clave

ActivationDftGenerationHydrogen peroxide decompositionHydrogen trioxide hooohHydroxyl radicalsIsopropyl-alcoholLindqvist tungstateLindqvisttungstateLow-temperature ozonationMolecular-orbital methodsOxidationPeroxo intermediateSinglet oxygenSuperoxide ionZirconium

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Acs Catalysis debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2023, se encontraba en la posición 21/178, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Chemistry, Physical.

Desde una perspectiva relativa, y atendiendo al indicador del impacto normalizado calculado a partir de las Citas Mundiales proporcionadas por WoS (ESI, Clarivate), arroja un valor para la normalización de citas relativas a la tasa de citación esperada de: 1.4. Esto indica que, de manera comparada con trabajos en la misma disciplina y en el mismo año de publicación, lo ubica como trabajo citado por encima de la media. (fuente consultada: ESI 14 Nov 2024)

Esta información viene reforzada por otros indicadores del mismo tipo, que aunque dinámicos en el tiempo y dependientes del conjunto de citaciones medias mundiales en el momento de su cálculo, coinciden en posicionar en algún momento al trabajo, entre el 50% más citados dentro de su temática:

  • Media Ponderada del Impacto Normalizado de la agencia Scopus: 1.55 (fuente consultada: FECYT Feb 2024)
  • Field Citation Ratio (FCR) de la fuente Dimensions: 8.77 (fuente consultada: Dimensions Nov 2025)

De manera concreta y atendiendo a las diferentes agencias de indexación, el trabajo ha acumulado, hasta la fecha 2025-11-04, el siguiente número de citas:

  • WoS: 14
  • Scopus: 17
  • Europe PMC: 1
  • Google Scholar: 5

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-11-04:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 18.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 18 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 4.4.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 5 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
  • Asignación de un Handle/URN como identificador dentro del Depósito en el Repositorio Institucional: http://hdl.handle.net/20.500.11797/imarina9327205

Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: Russia.

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Último Autor (Carbó Martin, Jorge Juan).

el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido Carbó Martin, Jorge Juan.