Efectos de los cationes dependientes de la estructura y del potencial en la reducción de CO en los electrodos de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de la superficie

Sus antecedentes:

• La reducción electrocatalítica del monóxido de carbono (CO) a hidrocarburos es crucial para la química sostenible.
• Comprender el mecanismo de reacción y la selectividad del catalizador en los electrodos de cobre es complejo.
• Los estudios anteriores examinaron los efectos estructurales y electrolitos por separado, sin tener conocimiento de la influencia catiónica en la selectividad.

Objetivo del estudio:

• Investigar los efectos del catión sensible a la estructura en los electrodos de cobre durante la electrorreducción del CO.
• Elucidar la influencia de varios cationes alcalinos (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+) en la selectividad del producto (CH4 frente a C2H4) en un amplio rango de potenciales.
• Comprender la interacción entre la estructura del electrodo, el tamaño del catión y el potencial aplicado en la determinación de las vías de reacción.

Principales métodos:

• Las mediciones electroquímicas de los electrodos de cobre Cu100, Cu111 y policristalino.
• Espectrometría de masas electroquímica en línea y cromatografía líquida de alto rendimiento para el análisis de productos.
• La espectroscopia infrarroja de la transformación de Fourier (FTIR) y la teoría funcional de la densidad (DFT) para conocimientos mecanicistas.

Principales resultados:

• Los efectos del catión en la selectividad son dependientes del potencial: los cationes más grandes favorecen el etileno en potenciales más altos y el metano en potenciales más bajos.
• Los efectos catiónicos son sensibles a la estructura: el potencial de inicio de la formación de etileno varía con la estructura del electrodo y el tamaño del catión, a diferencia del metano.
• Los estudios FTIR y DFT indican que los cationes facilitan la hidrogenación de los dímeros de CO, favoreciendo al etileno sobre el metano a bajos potenciales excesivos en Cu{100).

Conclusiones:

• Los efectos de catión dependientes del potencial y sensibles a la estructura se pueden aprovechar para controlar la selectividad en la electrorreducción de CO.
• Los cationes alcalinos juegan un papel crítico en la estabilización de los intermedios e influyen en el paso determinante de la velocidad (hidrogenación de CO).
• Este estudio proporciona una base para el diseño de catalizadores avanzados a base de cobre para la conversión selectiva de CO en hidrocarburos valiosos.