Seguimiento espectroscópico de Mössbauer del estado metastable del estaño atómicamente disperso en óxido de cobre...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los estados de catalizador metastables son cruciales para el alto rendimiento catalítico, pero son difíciles de identificar y estabilizar debido a la evolución dinámica del sitio durante las reacciones.
• Comprender estos estados transitorios es esencial para optimizar los catalizadores, en particular para la electrorreducción selectiva de dióxido de carbono (CO2RR).

Objetivo del estudio:

• Seguimiento e identificación del estado metastable del estaño monoatómico (Sn) en el óxido de cobre (Sn1-CuO) para la electroreducción selectiva de CO2 al monóxido de carbono (CO).
• Aclarar el papel de este estado metastable en la mejora de la actividad catalítica y la selectividad.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de Mössbauer operando 119Sn para controlar el estado del catalizador durante la reacción.
• Se utilizó espectroscopia de fotoelectrones de rayos X casi in situ, operando Raman, y espectroscopia de absorción infrarroja mejorada por superficie de reflectancia total atenuada para el análisis de superficie complementario.
• Se realizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para verificar el mecanismo catalítico y la energética.

Principales resultados:

• Se logró una eficiencia Faradaic máxima de CO de aproximadamente el 98% sobre Sn1-CuO a -0,8 V frente a RHE con una carga de Sn optimizada (5,25 wt). Porcentaje).
• La espectroscopia operando Mössbauer identificó la transformación dinámica de Sn4+-O4-Cu2+ a un estado metastable de Sn4+-O3-Cu+ bajo condiciones de CO2RR.
• Los cálculos de DFT confirmaron que el sitio Sn4+-O3-Cu+ modifica la vía de reacción alterando la adsorción intermedia y reduciendo la energía de activación para la hidrogenación de CO2 y la desorción de CO.

Conclusiones:

• El estudio identificó y caracterizó con éxito un estado metastable Sn4+-O3-Cu+ en CuO dopado con un solo átomo de Sn, que es el sitio activo para la electroreducción altamente selectiva de CO2 a CO.
• Este estado metastable promueve la desorción de CO* y facilita la conversión de CO2 a CO mediante la optimización de la estructura electrónica del catalizador a base de Cu.
• Los hallazgos ofrecen información fundamental sobre el papel del dopaje monoatómico en el ajuste de las propiedades del catalizador y proporcionan una vía para diseñar electrocatalizadores eficientes para la conversión de CO2.