Reducción electroquímica del CO2 en electrodos Au funcionalizados

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Almacenamiento de energía renovable

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO2) es un método prometedor para almacenar energía renovable en combustibles de alta densidad.
• El control de la selectividad del producto en la reducción de CO2 es crucial para una conversión de energía eficiente.
• Los electrodos funcionales ofrecen un potencial de control preciso de las vías de reducción de CO2.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de los ligandos atados al tiol en la reducción electroquímica del CO2 en las superficies de oro (Au).
• Determinar cómo los diferentes ligandos funcionalizados influyen en la selectividad y la eficiencia del producto.
• Explorar los mecanismos potenciales que rigen los cambios de selectividad.

Principales métodos:

• La reducción electroquímica de CO2 se realizó en electrodos de lámina de oro modificados con tres ligandos atados a tiol distintos: ácido 2-mercaptopropiónico, 4-piridinalethanemercaptan y cisteamina.
• Se analizó la eficiencia Faradaic y la distribución del producto (formato, CO, H2) para cada electrodo modificado.
• Se propuso un mecanismo de desorción inducida por protones relacionado con el ligando pKa para explicar los cambios de selectividad observados.

Principales resultados:

• Los electrodos de oro modificados con 4-piridinalethanemercaptan mostraron un aumento de 2 veces en la eficiencia Faradaic y un aumento de 3 veces en la producción de formato en comparación con el oro no modificado.
• Los electrodos funcionalizados con ácido 2-mercaptopropiónico exhibieron una eficiencia de Faradaic de casi el 100% para la reacción de evolución del hidrógeno.
• Los electrodos modificados con cisteamina dieron como resultado un aumento de 2 veces tanto en la producción de monóxido de carbono (CO) como de hidrógeno (H2).

Conclusiones:

• Los ligandos atados al tiol en las superficies de oro alteran significativamente la selectividad de la reducción electroquímica de CO2.
• La elección del ligando es fundamental para dirigir la reducción de CO2 hacia productos específicos como el formato, el CO o el H2.
• El ligando pKa y los mecanismos de desorción inducidos por protones asociados son factores clave para controlar la selectividad del producto.