Reducción electrocatalítica mejorada de CO2 a través de la concentración de reactivo inducida en el campo

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO) a monóxido de carbono (CO) es crucial para la síntesis de combustibles y materias primas utilizando energía renovable.
• La cinética de reacción lenta debido a la baja concentración de CO2 alrededor de los catalizadores limita la eficiencia.
• Los cationes de metales alcalinos y los altos potenciales pueden aumentar la concentración de CO2 pero tienen inconvenientes como la solubilidad limitada y el aumento de la evolución del hidrógeno.

Objetivo del estudio:

• Investigar electrodos nanoestructurados para mejorar la concentración de CO2 a bajos sobrepotenciales.
• Demostrar un método para mejorar la cinética y la selectividad de la reacción de reducción de CO2 (CO2R).
• Explorar la aplicabilidad más amplia de la concentración de reactivo inducida por el campo en la electrocatálisis.

Principales métodos:

• Se utilizaron electrodos nanoestructurados, específicamente puntas metálicas de tamaño nanométrico (por ejemplo, nanoagujas de oro).
• Simulaciones empleadas para cuantificar la mejora del campo eléctrico en las puntas de la nanoestructura.
• Se realizaron mediciones electroquímicas para evaluar el rendimiento de reducción de CO2 y la eficiencia Faradaic.

Principales resultados:

• Los electrodos nanoestructurados generaron campos eléctricos locales altos, concentrando cationes electrolitos y CO2.
• Las nanoagujas de oro lograron una densidad de corriente geométrica para CO de 22 mA / cm2 a -0.35 V, superando a los catalizadores existentes en un orden de magnitud.
• Las nanoagujas de paladio producen formato con una eficiencia Faradaic > 90% y una densidad de corriente geométrica de 10 mA/cm2 a -0,2 V.

Conclusiones:

• La concentración de reactivo inducida por el campo utilizando electrodos nanoestructurados es una estrategia efectiva para superar las limitaciones cinéticas de la RR de CO2.
• Este enfoque permite una conversión eficiente de CO2 en CO y formato a bajos potenciales excesivos.
• El concepto de concentración inducida por el campo es ampliamente aplicable a varias reacciones electrocatalíticas.