Análisis espectroscópico de sitios de un solo átomo Sn coordinados por oxígeno para la reducción electroquímica de...

Área de la Ciencia:

• La electrocatálisis
• Ciencias de los materiales
• Química de las superficies

Sus antecedentes:

• Los materiales a base de estaño son prometedores para la reacción electroquímica de reducción de CO2 (CO2RR).
• La comprensión de los intermedios catalíticos y las especies de superficie es crucial para optimizar la CO2RR.
• Los catalizadores de un solo átomo ofrecen estructuras bien definidas para estudios mecanicistas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar catalizadores bien definidos de un solo átomo de estaño como sistemas modelo para CO2RR.
• Investigar la correlación entre la estructura del catalizador y la selectividad/actividad para la reducción de CO2 a ácido fórmico.
• Identificar las especies de superficie clave y determinar las estructuras electrónicas/de coordinación en condiciones de reacción.

Principales métodos:

• Síntesis de catalizadores de un solo átomo de Sn.
• Las mediciones electroquímicas (eficiencia Faradaic, densidad de corriente parcial).
• Espectroscopía operando (XAS, ATR-SEIRAS, Raman, 119Sn Mössbauer) El objetivo de este estudio es el desarrollo de un sistema de detección de rayos X.
• Cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT).

Principales resultados:

• El ácido fórmico (HCOOH) Faradaico óptimo de 89,4% y la densidad de corriente parcial de 74,8 mA·cm-2 a -1,0 V frente a RHE se obtuvieron con las fracciones O-Sn-N4.
• Las especies de carbonato de estaño bidentado sujetas a la superficie se capturaron durante el CO2RR.
• Los cálculos de DFT indicaron la formación preferida de Sn-O-CO2, que facilita la conversión de CO2 en HCOOH mediante la reducción de las barreras energéticas de hidrogenación.

Conclusiones:

• La fracción O-Sn-N4 es crítica para una alta selectividad y actividad en la reducción de CO2 a ácido fórmico.
• Las especies de carbonato de estaño de superficie juegan un papel en el mecanismo catalítico.
• El estudio proporciona información fundamental sobre el mecanismo de CO2RR en los catalizadores de estaño de un solo átomo, orientando el diseño futuro del catalizador.