El dopaje de cobre aumenta el CO2 electrocatalítico Reducción de nanocúmulos de oro atómicamente precisos

Área de la Ciencia:

• Nanocatálisis
• La electrocatálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Comprender los efectos sinérgicos de las nanoaleaciones es crucial para optimizar la reducción electrocatalítica de CO2 (eCO2RR).
• La falta de estructuras definidas cristalográficamente dificulta la comprensión atómica del rendimiento del catalizador bimetálico.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar un catalizador de clúster de nanoaleación AuCu.
• Para aclarar los efectos sinérgicos atómicos de Au y Cu en eCO2RR.
• Para comparar el rendimiento catalítico de la nanoaleación AuCu con un análogo monometálico de oro.

Principales métodos:

• Síntesis en un solo recipiente de grupos de nanoaleaciones de AuCu.
• Difracción de rayos X de un solo cristal para la caracterización estructural.
• Evaluación del rendimiento electrocatalítico en una célula de ensamblaje de electrodos de membrana basada en electrodos de difusión de gas (MEA).
• Cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT).

Principales resultados:

• Se sintetizó y caracterizó estructuralmente un grupo de nanoaleación AuCu bien definido, [Au15Cu4 ((DPPM) 6Cl4 ((CCR) 2+).
• El catalizador de nanoaleación AuCu logró una alta eficiencia Faradaic de CO (> 90%) para eCO2RR, superando significativamente el catalizador Au sin dopaje (60%).
• Se logró una densidad de corriente parcial de CO a nivel industrial de hasta -413 mA/cm2 con el catalizador AuCu.
• Los cálculos de DFT revelaron efectos sinérgicos del dopaje de Cu, destacando los sitios duales de AuCu responsables de la catálisis mejorada.

Conclusiones:

• El clúster de nanoaleación AuCu sintetizado es un catalizador altamente eficiente para la reducción electrocatalítica de CO2.
• El dopaje de Cu en nanoaleaciones de oro induce efectos sinérgicos, mejorando la actividad catalítica y la selectividad.
• El estudio proporciona información atómica sobre el mecanismo de eCO2RR en nanoaleaciones bimetálicas.