Polyoxometalato de capa intercalada de zinc y metalloftalocianina como catalizador de reducción de CO2 fotoacoplado

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El desarrollo de electrocatalizadores heterogéneos eficientes para la reducción de CO2 es crucial pero desafiante.
• Las metalloftalocianinas (MPcs) son prometedoras, pero sufren problemas de agregación, lo que limita la accesibilidad al sitio activo.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método sintético general para la capa molecular de zinc-metaloftalocianina (MPc) y el polioxometalato (POM).
• Mejorar el rendimiento de la reducción electrocatalítica y fotoacoplada de CO2 utilizando la nueva estructura del catalizador.

Principales métodos:

• Síntesis de la capa molecular de zinc-metaloftalocianina (MPc) y de los materiales lamelares tipo sándwich de polioxometalato (POM).
• Experimentos de reducción de CO2 electrocatalítico y fotoacoplado.
• Las pruebas fotoelectroquímicas, las caracterizaciones de luminiscencia, los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) y la espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones (EPR).

Principales resultados:

• La estructura en sándwich MPc/POM evita efectivamente la agregación de MPc, exponiendo más sitios activos.
• Se obtiene una alta eficiencia Faradaic de CO (FE_CO) del 96,1% a -0,7 V frente a RHE en la oscuridad.
• Bajo la irradiación de luz, el FE_CO se mantuvo por encima del 93% en un amplio rango de potenciales (-0,6 a -0,9 V frente a RHE), con un máximo del 96,2% y una frecuencia de rotación superior a 2060 h-1.
• Se ha demostrado una mayor separación de la carga y una mejora del doble en el rendimiento catalítico bajo un campo luminoso externo.

Conclusiones:

• El catalizador en sándwich MPc/POM desarrollado ofrece una actividad de reducción de CO2 y una selectividad superiores.
• La estructura única facilita la separación de cargas, aumentando el rendimiento fotocatalítico.
• Este enfoque proporciona una estrategia general para el diseño de electrocatalizadores avanzados basados en metalloftalocianina.