Hidrofóbico, Ultrastable Cu^δ+ para productos robustos de electrorreducción a C₂ a niveles de corriente de ampere

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El cobre (Cu) es crucial para la electrocatalización del dióxido de carbono (CO2) en productos multicarbónicos.
• Los catalizadores Cu existentes sufren de baja selectividad y poca durabilidad debido a estados y estructuras inestables de Cu, especialmente a altas densidades de corriente.
• Hay necesidad de catalizadores de Cu robustos que puedan funcionar eficientemente en condiciones industriales exigentes.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador de cobre altamente selectivo y duradero para la electrorreducción de CO2.
• Mejorar la estabilidad del estado activo (Cuδ+) y las propiedades superficiales del catalizador de cobre.
• Lograr una conversión eficiente del CO2 en productos multicarbónicos de valor añadido a altas densidades de corriente.

Principales métodos:

• Se utilizó un enfoque de coordinación superficial en un solo paso para sintetizar dendritas hidrofóbicas de Cu (Cu CF) con un estado Cuδ+ estabilizado.
• El rendimiento electroquímico se evaluó en células de flujo y conjuntos de electrodos de membrana (MEAs).
• Se emplearon métodos espectroscópicos y computacionales para investigar la química de la superficie y los mecanismos de reacción del catalizador.

Principales resultados:

• Cu CF exhibió una eficiencia Faradaic (FE) del 90,6% en una densidad de corriente parcial de 453,3 mA cm-2.
• Logró una electrólisis estable de 400 horas a 800 mA y un funcionamiento estable innovador a 10 A en MEA.
• Se ha demostrado la producción continua de una solución de etanol (C2H5OH) de pureza del 90% a 600 mA durante 50 horas en un reactor de electrolitos sólidos.

Conclusiones:

• El catalizador Cu CF, con un estado Cuδ+ estable e hidrofóbico debido a las especies de Cu ((II) carboxilato, supera las limitaciones de los catalizadores Cu tradicionales.
• El catalizador proporciona abundantes sitios activos, una interfaz de tres fases estable y una adsorción de CO optimizada para una mayor formación de productos de C2.
• Este trabajo presenta una estrategia prometedora para el diseño de catalizadores basados en Cu ultraestables para la electroreducción de CO2 a escala industrial.