Aceleración de la electrorreducción de CO2 a productos multicarbónicos a través de un campo eléctrico-térmico...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica de CO2 (CO2RR) es clave para mitigar las emisiones de CO2 y permitir el ciclo del carbono.
• La producción de productos multicarbónicos valiosos (por ejemplo, etileno, etanol) a través de CO2RR es un desafío debido a la cinética de acoplamiento C-C lenta.
• Los métodos existentes para mejorar el acoplamiento C-C (por ejemplo, mayor potencial, calentamiento) a menudo aumentan las reacciones secundarias no deseadas como la evolución del hidrógeno.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia genérica para mejorar simultáneamente los campos eléctricos y térmicos locales en electrocatálisis.
• Mejorar la actividad y la selectividad de los catalizadores a base de cobre para la producción de C2 en CO2RR.
• Investigar los efectos sinérgicos de la mejora electro-térmica en el rendimiento de reducción de CO2.

Principales métodos:

• Se aplicó un recubrimiento conforme de politetrafluoroetileno (PTFE) a los electrocatalizadores de nanopartículas de cobre.
• Se utilizaron mediciones experimentales para cuantificar el campo eléctrico y la mejora de la temperatura en la superficie del catalizador.
• Se evaluó el rendimiento electroquímico, incluida la eficiencia Faradaic C2 y la frecuencia de rotación.

Principales resultados:

• El recubrimiento de PTFE creó un campo eléctrico local significativo (∼7 veces) y un aumento de temperatura (∼40 K) en las puntas de la nanoaguja de cobre.
• Se logra una eficiencia Faradaic de más del 86% con una densidad de corriente parcial > 250 mA cm-2.
• Se alcanzó una frecuencia de rotación de C2 récord de 11,5 ± 0,3 s-1 por sitio de cobre.

Conclusiones:

• La estrategia de sinergia eléctrico-térmica mejora efectivamente la CO2RR en productos de C2 valiosos.
• Este enfoque ofrece un método escalable de bajo costo para mejorar el rendimiento del catalizador.
• La estrategia muestra potencial para avanzar en otros procesos electrocatalíticos y fotocatalíticos, incluida la evolución del hidrógeno y la reducción del nitrógeno.