Sitios asimétricos de triple átomo confinados en óxido ternario que permiten la reducción fototérmica selectiva de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• La fotoquímica

Sus antecedentes:

• La fotocatálisis tradicional a menudo pasa por alto el calor inducido por la luz, un factor crítico para reacciones desafiantes como la reducción de dióxido de carbono (CO2) a combustibles C2.
• La conversión eficiente de CO2 en combustibles valiosos requiere superar las barreras termodinámicas y cinéticas.

Objetivo del estudio:

• Diseñar un sistema fotocatalítico avanzado que aproveche el calor fotoinducido para mejorar la reducción de CO2 a combustibles C2.
• Investigar el papel de los sitios triatómicos metálicos asimétricos y las vacantes de oxígeno en la facilitación de los pasos de acoplamiento y hidrogenación C-C.

Principales métodos:

• Fabricación de nanocinturones de Zn2GeO4 ricos en O-vacío con sitios triatómicos asimétricos de Zn-O-Ge.
• Se utilizó la espectroscopia Raman casi in situ para identificar los sitios reactivos.
• Utilizó cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT) para dilucidar los mecanismos de reacción.
• Se han realizado experimentos de espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier in situ y de efecto isotópico cinético D2O para estudiar la cinética de la reacción.

Principales resultados:

• Los sitios asimétricos de Zn-O-Ge promueven el acoplamiento C-C al crear distribuciones de carga distintas en los intermedios C1.
• Las vacantes de oxígeno reducen la barrera de energía para el paso de hidrogenación que determina la velocidad de 1,46 eV a 0,67 eV.
• El calor inducido por la luz acelera el acoplamiento C-C y la hidrogenación OCCO*, lo que conduce a una mayor producción de acetato.

Conclusiones:

• El fotocatalizador diseñado utiliza efectivamente el calor inducido por la luz para una reducción eficiente del CO2 al acetato.
• Se obtiene una alta producción de acetato (12,7 μmol g-1 h-1) y una selectividad (66,9%) con una relación de conversión de CO2 a ácido acético del 29,95%.
• Se ha demostrado una excelente estabilidad catalítica hasta 220 horas.