Dirección CO2 Selectividad de electrorreducción U-Turn al etileno por la interfaz de enlace Cu-Si

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El cobre (Cu) es un catalizador único para la reducción electroquímica de dióxido de carbono (CO2RR) debido a su capacidad para producir productos multicarbónicos.
• El diseño de catalizadores eficientes basados en Cu y la comprensión de sus relaciones estructura-actividad para CO2RR siguen siendo desafíos significativos.

Objetivo del estudio:

• Para diseñar racionalmente un catalizador de sílice-cobre estructurado en el núcleo (p-Cu@m-SiO2) con unión directa Cu-Si para una CO2RR eficiente y selectiva.
• Para elucidar el mecanismo de reacción y la relación estructura-actividad que rige la selectividad del CO2RR en el catalizador diseñado.

Principales métodos:

• Síntesis de un catalizador de sílice-cobre estructurado en el núcleo (p-Cu@m-SiO2) mediante unión directa Cu-Si.
• Caracterización electroquímica, incluidas las mediciones de densidad de corriente.
• Estudios mecánicos utilizando el efecto isotópico cinético, la espectroscopia de reflexión total atenuada de la transformada de Fourier (ATR-FTIR) y los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• El catalizador p-Cu@m-SiO2 mejoró significativamente la selectividad del CO2RR hacia el C2H4, con un aumento de la relación de producto C2H4/CH4 de 0,6 a 14,4.
• Se consigue una alta densidad de corriente de hasta 450 mA cm-2.
• Se identificó que la cubierta de SiO2 estabiliza el intermediario *H y la interfaz Cu-Si promueve el acoplamiento de los intermediarios *CHO y *CO para formar C2H4.

Conclusiones:

• El enlace directo Cu-Si en la estructura del núcleo de p-Cu@m-SiO2 es crucial para la alta selectividad de C2H4 en CO2RR.
• El diseño del catalizador inhibe efectivamente la reacción de evolución del hidrógeno y promueve el acoplamiento C-C.
• Este trabajo presenta una estrategia viable para el desarrollo de catalizadores avanzados basados en Cu para la conversión selectiva de CO2 en productos multicarbónicos valiosos.