La sinergia entre Cu y Co en un hidróxido doble en capas permite una selectividad cercana al 100% de nitrato a...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Ciencias del medio ambiente

Sus antecedentes:

• La electrorreducción de nitratos (NO3RR) es crucial para mitigar la contaminación agrícola y restaurar los ciclos de nitrógeno.
• Los catalizadores NO3RR existentes se enfrentan a desafíos en cuanto a actividad, selectividad, durabilidad y escalabilidad.
• El desarrollo de catalizadores eficientes y rentables es esencial para la gestión sostenible de los nitratos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo electrocatalizador de doble hidróxido en capas (LDH) rentable para la conversión de nitrato en amoníaco.
• Investigar los efectos sinérgicos de los sitios activos trimetálicos de CuCoAl en el rendimiento catalítico.
• Elucidar el mecanismo de reacción y la influencia de los electrolitos en el NO3RR.

Principales métodos:

• Síntesis de un electrocatalizador lamellar CuCoAl LDH con sitios activos trimetálicos.
• Caracterización electroquímica de la electrorreducción de nitrato a amoniaco (NO3RR).
• Cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para estudiar los mecanismos de reacción y los efectos de los electrolitos.

Principales resultados:

• El catalizador CuCoAl LDH logró un reciclaje electroquímico exclusivo y eficiente de nitrato a amoníaco a 0 V frente a RHE.
• Se logró una eficiencia Faradic del 99,5% y una tasa de rendimiento de 0,22 mol h−1 g−1 para NO3RR, superando a los catalizadores de última generación.
• Los electrolitos amortiguadores de fosfato aumentaron el rendimiento y la selectividad del amoníaco al tiempo que inhibieron la formación de nitritos, apoyados por cálculos de DFT.

Conclusiones:

• El catalizador CuCoAl LDH desarrollado presenta una solución escalable, rentable y de alto rendimiento para la electrovalorización sostenible de nitratos.
• El efecto sinérgico de Cu, Co y Al, junto con la elección del electrolito, influye significativamente en la eficiencia y la selectividad de NO3RR.
• Este trabajo proporciona información fundamental sobre el mecanismo NO3RR, allanando el camino para el diseño avanzado de catalizadores.