Reducción de CO2 a bajo sobrepotencial en electrodos de Cu resultante de la reducción de películas gruesas de Cu2O

Área de la Ciencia:

• La electroquímica es electroquímica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La catálisis de la catálisis.

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO2) es crucial para la síntesis sostenible de combustibles.
• Los electrodos basados en cobre (Cu) son prometedores para la reducción de CO2, pero a menudo sufren de baja actividad y estabilidad.
• Comprender el papel de la estructura de electrodos en la reducción de CO2 es esencial para el desarrollo de catalizadores.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el efecto del espesor de la capa de óxido de cobre (Cu2O) modificado en la actividad de reducción de CO2.
• Desarrollar electrodos de Cu altamente activos y estables para la electrorreducción de CO2.
• Para explorar la relación estructura-actividad en catalizadores de reducción de CO2 basados en Cu.

Principales métodos:

• Preparación de electrodos de Cu modificados por recocido de lámina de Cu en el aire para formar capas de Cu2O.
• Reducción electroquímica de las capas de Cu2O para crear la superficie del electrodo activo.
• Caracterización de la actividad de reducción de CO2 y estabilidad utilizando técnicas electroquímicas.
• Evaluación de las densidades de sobrepotencial y corriente para la reducción de CO2 y H2O.

Principales resultados:

• La actividad de reducción de CO2 depende en gran medida del grosor inicial de la capa de Cu2O.
• Los electrodos con capas gruesas de Cu2O (≥ ~ 3 μm) exhibieron grandes factores de rugosidad.
• Estos electrodos modificados requerían 0,5 V menos de sobrepotencial que el Cu policristalino para la reducción de CO2.
• Reducción lograda de CO2 densidades geométricas de corriente >1 mA/cm(2) en sobrepotenciales <0,4 V.
• Los electrodos modificados demostraron una actividad estable durante varias horas, a diferencia del policristalino Cu.

Conclusiones:

• El espesor optimizado de la capa de Cu2O mejora significativamente el rendimiento de electrorreducción de CO2.
• Los electrodos desarrollados ofrecen una actividad y estabilidad superiores en comparación con los electrodos metálicos reportados anteriormente.
• Estos hallazgos proporcionan información sobre la selectividad de reducción de CO2/H2O dependiente de la estructura y ofrecen una ruta prometedora para los catalizadores prácticos.