Mejora de la eficiencia de electrorreducción del producto de CO2 a C2+ a través de catalizadores de CuO inducidos por...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El cobre (Cu) es un electrocatalizador clave para la conversión de dióxido de carbono (CO2) en productos C2+ de alto valor a través de la reacción de reducción de CO2 (CO2RR).
• Las especies activas de Cu+, cruciales para el acoplamiento C-C, son a menudo inestables en condiciones de reacción, lo que limita el rendimiento del catalizador.
• Comprender el impacto de los dopantes atómicos en los catalizadores basados en Cu es esencial para mejorar la eficiencia de la CO2RR.

Objetivo del estudio:

• Investigar cómo los dopantes atómicos afectan el rendimiento de los electrocatalizadores basados en Cu para CO2RR.
• Diseñar y evaluar teórica y experimentalmente catalizadores de óxido de cobre (Gd-CuO) dopados con gadolinio para una electrorreducción mejorada del CO2.

Principales métodos:

• Cálculos de los primeros principios para determinar los potenciales limitantes termodinámicos y las energías de unión de CO para varios sistemas de Cu2O dopados con metales.
• Síntesis de catalizadores de CuO (Gd1/CuO) dopados con Gd basada en predicciones teóricas.
• Evaluación electroquímica de catalizadores Gd1/CuO para la reducción de CO2, incluidas las mediciones de eficiencia Faradic y de densidad de corriente parcial.
• Estudios experimentales y teóricos in situ para elucidar el mecanismo de dopaje.

Principales resultados:

• El cribado teórico identificó el gadolinio (Gd) como un dopaje eficaz para mejorar los catalizadores de CO2RR basados en Cu.
• El dopaje de Gd en CuO (Gd1/CuO) estabilizó las especies de Cu+ y indujo la tensión de tracción, aumentando la actividad catalítica.
• El catalizador Gd1/CuO logró una eficiencia Faradic del 81,4% para los productos C2+ con una densidad de corriente parcial de 444,3 mA cm-2 a -0,8 V frente a RHE.
• El dopaje Gd promovió la activación de CO2, estabilizó el intermediario O*CCO y redujo la barrera de energía de acoplamiento C-C.

Conclusiones:

• El dopaje atómico de Gd es una estrategia viable para mejorar la estabilidad y el rendimiento de los electrocatalizadores basados en Cu para CO2RR.
• El catalizador Gd1/CuO demuestra una excelente eficiencia y selectividad para la producción de productos de C2+ a partir de la electroreducción de CO2.
• El estudio proporciona información sobre el mecanismo de dopaje de Gd, destacando su papel en la estabilización de los productos intermedios y facilitando el acoplamiento C-C.