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Las reacciones de transferencia de carga constituyen la etapa clave de un gran número de procesos químicos y biológicos que tienen una gran relevancia para la vida, tales como la fotosíntesis, procesos enzimáticos en los que intervienen cadenas de centros rédox y la respiración celular. Además, dichas reacciones de transferencia de carga son la base de todo proceso electroquímico y, en particular, de dispositivos electroquímicos de gran impacto tecnológico tales como los relacionados con el almacenamiento y generación de energía (pilas de combustible, baterías, supercondensadores). Así por ejemplo, en las pilas de combustible, es necesario minimizar el coste energético de las etapas limitantes de la velocidad global de las reacciones de interés que son la oxidación del hidrógeno o combustible y la reducción del oxígeno del aire, con el fin de obtener tasas de conversión elevadas, y por ello la catálisis o electrocatálisis (es decir: la aceleración de las mísmas) juega un papel clave.
En este contexto, un gran número de enzimas redox se comportan como excelentes electrocatalizadores cuando se encuentran confinadas/inmovilizadas sobre electrodos o sobre superficies conductor/semiconductor. Un importante ejemplo son las hidrogenasas, que son enzimas que facilitan la interconversión y la generación renovable del hidrógeno, que es fundamental en las células de combustible. Tradicionalmente, un electrocatalizador de alta estabilidad ha sido el platino, que es extremadamente caro. Las hidrogenasas contienen únicamente hierro y níquel en sus sitios activos, y en algunas de ellas la eficiencia de conversión puede llegar a ser mil veces superior a la del platino.
Con relación a la reacción de reducción de oxígeno, se han realizado importantes esfuerzos en la síntesis de moléculas que imiten el sitio activo de la citocromo-c oxidasa, ya que en la etapa final de la respiración la citocromo-c oxidasa cataliza la reacción de cuatro electrones correspondiente a la reducción de oxígeno a agua. Es importante resaltar que es esencial que esta reducción tenga lugar de forma completa para evitar la formación de radicales libres o especies tóxicas parcialmente reducidas como son el peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilo y el anión superóxido.
Otro ejemplo de acción electrocatalítica puede encontrarse en el estudio del transporte de oxígeno en hemoglobina, el cual ha dado lugar a numerosos estudios para sintetizar un gran número de porfirinas con superestructuras que protegen estéricamente el aducto de oxígeno frente a la formación de otros compuestos, permitiendo la implantación de ligandos intramoleculares que facilitan la fijación del oxígeno en sangre.