El papel de la acidez catiónica en la competencia entre la evolución del hidrógeno y la reducción del CO2 en los...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de la superficie

Sus antecedentes:

• La electrorreducción de CO2 (CO2RR) ofrece una vía sostenible hacia los combustibles y los productos químicos.
• El papel de los cationes metálicos en la CO2RR es crucial, pero menos comprendido para las especies multivalentes.
• Los estudios existentes se centran principalmente en los cationes de metales alcalinos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de varios cationes metálicos multivalentes en la CO2RR y la evolución del hidrógeno.
• Elucidar los mecanismos por los cuales los cationes influyen en las vías de reacción y la cinética.
• Identificar las propiedades catiónicas que promueven la selectividad y la actividad del CO2RR.

Principales métodos:

• Estudios electroquímicos sobre el oro policristalino a pH 3.
• Variación sistemática de los cationes metálicos (Li+, Cs+, Be2+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Al3+, Nd3+, Ce3+).
• Simulaciones de dinámica molecular con campos eléctricos explícitos.

Principales resultados:

• La acidez catiónica dicta un segundo régimen de reducción de protones en el pH de la superficie alcalina a través de la hidrólisis.
• La actividad de reducción de agua se correlaciona con la acidez catiónica, favoreciendo a los cationes trivalentes débilmente hidratados.
• La actividad de CO2RR en potenciales excesivos altos depende del orden catiónico: Ca2+ < Li+ < Ba2+ < Cs+.
• Los cationes no ácidos se acumulan en el plano exterior de Helmholtz, promoviendo efectos locales.
• Los cationes ácidos (Nd3 +, Al3 +) mejoran la cinética de disociación del agua.
• Los cationes específicos (Cs+, Ba2+, Nd3+) estabilizan el intermediario *CO2, lo que facilita la formación de CO.

Conclusiones:

• Los cationes multivalentes juegan un papel complejo en la CO2RR, influyendo tanto en la reducción de CO2 como en la evolución del hidrógeno.
• La acidez catiónica, la hidratación y la acumulación interfacial son factores clave que rigen el rendimiento catalítico.
• La optimización de las condiciones de elección de cationes y electrolitos puede mejorar la eficiencia y la selectividad de la CO2RR.