La estrategia pulsada de baja frecuencia asimétrica permite la estabilidad de la reducción de CO2 ultrarrápida y la...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los catalizadores a base de cobre son cruciales para la reducción electroquímica de CO2 (CO2RR) para producir productos multicarbónicos.
• Los catalizadores Cu existentes presentan una baja estabilidad y una baja selectividad, lo que limita las aplicaciones prácticas.
• El complejo Cu-dimetilpirazol, Cu3 ((DMPz) 3), muestra un rendimiento limitado en condiciones potenciales tradicionales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una nueva estrategia para mejorar la estabilidad y la selectividad de los catalizadores basados en Cu para la CO2RR.
• Investigar la eficacia de una estrategia de pulsos asimétricos de baja frecuencia (ALPS) para el CO2RR.

Principales métodos:

• Implementación y optimización de dos estrategias pulsadas asimétricas de baja frecuencia (ALPS) distintas para CO2RR.
• Caracterización de la morfología y estructura del catalizador mediante microscopía HRTEM, SAED y HAADF.
• Análisis de la estructura electrónica y los estados de oxidación mediante espectroscopia XPS, AES y XANES (in situ y ex situ).
• Estudios mecánicos que incluyen el ATR-FTIR in situ, la espectroscopia Raman in situ y los cálculos DFT.

Principales resultados:

• ALPS mejoró significativamente la selectividad para CH4 (FE_CH4 > 80, 3%) y C2H4 (FE_C2H4 > 70, 7%).
• Se logró una estabilidad excepcional: > 24 h para la alta selectividad y hasta 300 h para la producción de CH4 y 145 h para la producción de C2H4.
• ALPS generó y estabilizó grupos activos altamente dispersos basados en Cu (~ 2,7 nm) in situ.
• Se observó una modulación de los estados de oxidación de Cu (Cu0/I) para C2H4, Cu0/I para CH4.

Conclusiones:

• El método ALPS ofrece un enfoque poderoso para superar las limitaciones de los métodos potenciostáticos tradicionales para CO2RR.
• ALPS ofrece una nueva vía para el diseño de catalizadores de cobre altamente selectivos y estables para la conversión de CO2.
• Esta estrategia permite la producción eficiente de productos químicos valiosos a partir del CO2, lo que hace avanzar la química sostenible.