La supresión de la evolución del hidrógeno en electrolitos ácidos por reducción electroquímica de CO2

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de la superficie

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO2) es una vía prometedora para la producción sostenible de combustibles y productos químicos.
• Las condiciones ligeramente ácidas presentan desafíos únicos para la selectividad de reducción de CO2 debido a la reducción de protones en competencia.

Objetivo del estudio:

• Investigar la reducción electroquímica de CO2 en electrodos de oro en condiciones ligeramente ácidas.
• Determinar las condiciones óptimas para maximizar la formación de monóxido de carbono (CO) y suprimir la evolución del hidrógeno.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de masas electroquímica diferencial (DEMS) para cuantificar los productos gaseosos (H2, CO) y el CO2 consumido.
• Se realizó una variación sistemática de la presión parcial de CO2 (0,1-0,5 bar) y de la concentración de protones (1-0,25 mM).

Principales resultados:

• El aumento de la presión parcial de CO2 mejora significativamente la tasa de formación de CO y la eficiencia de Faradaic, que se acerca al 100%.
• Las altas tasas de reducción de CO2 suprimen efectivamente la evolución del hidrógeno al consumir protones disponibles en la superficie del electrodo.
• Se propone un principio de diseño para los electrolizadores de CO2 ácido: la tasa de formación de CO/OH debe coincidir con el transporte de masa de protones al electrodo.

Conclusiones:

• La electrorreducción de CO2 ligeramente ácida en electrodos de oro puede lograr una alta selectividad hacia el CO.
• La supresión de la evolución del hidrógeno se puede lograr optimizando la presión parcial de CO2 y gestionando el transporte de masa de protones.
• El estudio proporciona información crítica para el diseño de electrolizadores ácidos de CO2 eficientes y selectivos.