Los estudios operando revelan nanograinas Cu activas para la electrorreducción de CO2

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La electrorreducción de dióxido de carbono es crucial para el combustible sostenible y la síntesis química.
• Los catalizadores de cobre (Cu) son efectivos para convertir el CO2 en productos multicarbónicos (C2+), pero los sitios activos siguen sin estar claros.
• La comprensión de los sitios activos del nanocatalizador Cu requiere técnicas operando avanzadas.

Objetivo del estudio:

• Investigar exhaustivamente la dinámica estructural y los sitios activos de los nanocatalizadores de Cu durante su ciclo de vida.
• Para correlacionar la estructura del catalizador con la actividad para la electrorreducción de CO2 a productos de C2+.
• Aclarar el papel de las nanogranas metálicas de Cu y sus límites en el acoplamiento C-C.

Principales métodos:

• Microscopía electrónica de transmisión de barrido electroquímica de células líquidas (4D-EC-LC-STEM).
• Espectroscopia de rayos X de alta energía y resolución temporal (HER-TRXRS).
• Análisis cuantitativo de la correlación estructura-actividad.

Principales resultados:

• Los conjuntos de nanopartículas de Cu se transforman en nanopartículas metálicas de Cu durante la electrólisis, y luego se oxidan a Cu2O después de la electrólisis.
• Las nanopartículas metálicas de Cu, especialmente en los límites de los granos, se identifican como sitios activos para la reducción de CO2 en condiciones de funcionamiento.
• Las fracciones más altas de nanogranas metálicas de Cu se correlacionan con una selectividad de C2+ significativamente mayor, con 7nm Cu mostrando una selectividad seis veces mayor que 18nm Cu.

Conclusiones:

• Las nanogranas metálicas de Cu, ricas en límites de grano, proporcionan sitios activos subcoordinados esenciales para el acoplamiento C-C en la electroreducción de CO2.
• La evolución estructural del nanocatalizador en condiciones electroquímicas tiene un impacto directo en el rendimiento catalítico.
• Las técnicas de operando multimodal ofrecen una plataforma poderosa para comprender el comportamiento del nanocatalizador y optimizar el rendimiento.