En situ ATR-SEIRAS de reducción de dióxido de carbono en un cátodo de plata plasmónica

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Espectroscopia

Sus antecedentes:

• Se observa una mejora plasmónica de la reducción de CO2 mediante cátodos de plata (Ag).
• El mecanismo plasmónico subyacente sigue sin estar claro, con efectos fotónicos confirmados sobre los térmicos.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo de mejora plasmónica durante la reducción de CO2 en un cátodo de Ag.
• Investigar el papel de la luz en la modulación de las vías de reacción y las especies de superficie.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de absorción infrarroja con reflexión total mejorada en la superficie (ATR-SEIRAS).
• Se estudió un cátodo de Ag de película delgada pulverizada en un cristal Ge ATR en 0,1 M KHCO3 saturado de CO2.
• Las mediciones se llevaron a cabo en condiciones de oscuridad e iluminación (365 nm) en un rango de potenciales.

Principales resultados:

• El potencial de inicio para la reducción de CO2 a CO adsorbido fue de -0,25 V RHE tanto en luz como en oscuridad.
• La producción de CO gaseoso se observó a -0,25 V RHE bajo iluminación, pero no hasta -0,5 V RHE en la oscuridad, lo que indica una desorción de CO asistida por luz.
• La iluminación condujo a un aumento inmediato en el número de ondas de HCO3 y el área de pico, lo que sugiere un efecto fotónico no térmico.

Conclusiones:

• La luz mejora significativamente la reducción de CO2 facilitando la desorción de CO de la superficie de Ag.
• La resonancia plasmónica de superficie localizada (LSPR) genera un campo eléctrico local mejorado, fortaleciendo el enlace HCO3 y aumentando el pH local.
• Este aumento del pH suprime la evolución de H2 y promueve los productos de reducción de CO2.