Catalizador de Zn monoatómico estable y eficiente para la reducción de CO2 a CH4

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO2) al metano (CH4) ofrece una solución energética sostenible.
• El desarrollo de catalizadores altamente activos y duraderos es crucial para una conversión eficiente de CO2.
• Los catalizadores existentes, en particular los basados en cobre, se enfrentan a limitaciones de selectividad y estabilidad.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e investigar un nuevo electrocatalizador para la reducción de CO2 a CH4 en medios acuosos.
• Para lograr una alta eficiencia Faradaic, densidad de corriente parcial y estabilidad a largo plazo.
• Para entender el mecanismo catalítico a nivel atómico.

Principales métodos:

• Síntesis de átomos individuales de Zn apoyados en carbono microporoso dopado con N.
• Caracterización electroquímica en una solución de 1 M KHCO3.
• Cálculos teóricos (por ejemplo, DFT) para elucidar las vías de reacción.

Principales resultados:

• El catalizador de un solo átomo de Zn logró una eficiencia Faradaic del 85% para la producción de CH4.
• Se registró una densidad de corriente parcial de -31,8 mA cm-2 a -1,8 V frente a SCE.
• El catalizador demostró una excelente estabilidad durante 35 horas de funcionamiento sin deterioro significativo del rendimiento.
• Los cálculos teóricos indicaron que los átomos individuales de Zn suprimen la formación de CO y promueven la generación de CH4.

Conclusiones:

• Los átomos individuales de Zn en el carbono N-dopado representan un catalizador muy eficaz para la electrorreducción de CO2 a CH4.
• Este catalizador supera el rendimiento de los catalizadores convencionales basados en Cu para esta transformación.
• Los hallazgos allanan el camino para los catalizadores avanzados en la utilización de CO2 y las tecnologías de energía sostenible.