Electrolisis selectiva y escalable de CO2 habilitada por nanocúmulos de óxido de cadmio con iones de zinc conductores implantados con zeolita

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los soportes de catalizadores son cruciales para las reacciones catalíticas, siendo las zeolitas prometedoras pero limitadas en la reducción electrocatalítica de CO2 debido a las propiedades aislantes y la reacción de evolución de hidrógeno (HER) en competencia.
• Las interacciones de soporte metálico influyen significativamente en el rendimiento del catalizador, especialmente en procesos electrocatalíticos como la reducción de CO2.

Objetivo del estudio:

• Diseñar una plataforma electrocatalítica basada en zeolita Y con conductividad electrónica mejorada y HER suprimida para una reducción eficiente de CO2.
• Investigar el efecto de los iones de zinc esqueléticos y los nanocúmulos de óxido de cadmio en la estructura electrónica y la actividad catalítica de los soportes de zeolita.

Principales métodos:

• Implantación de iones de zinc en el marco de zeolita Y para mejorar la conducción electrónica y la inhibición de HER.
• Incorporación de nanocúmulos de óxido de cadmio ultrafinos en las superjaulas de la zeolita Y a medida.
• Pruebas electrocatalíticas para la reacción de reducción de CO2, incluidas las mediciones de la densidad de corriente parcial y la eficiencia Faradaic.

Principales resultados:

• Logró una densidad de corriente parcial a nivel industrial de 335 mA cm-2 para la producción de CO con una eficiencia Faradaic del 97,1%.
• Eficiencia Faradaic estable demostrada por encima del 90% a densidades de corriente industrialmente relevantes durante más de 120 horas.
• El ajuste de zinc esquelético del ancho de banda d del cadmio mejoró la estabilización intermedia (*COOH) y debilitó el envenenamiento por CO, al tiempo que suprimió el HER al crear una barrera termodinámica para la disociación del agua.

Conclusiones:

• Los zeolitos conductores a medida con iones metálicos incrustados y grupos sirven como soportes electrocatalíticos efectivos para la electrólisis de CO2 a nivel industrial.
• Este enfoque ofrece una prueba de concepto para mejorar la adaptabilidad de los electrocatalizadores basados en zeolita en diversas aplicaciones de conversión de energía.
• La estrategia de ajuste de la interacción del soporte metálico proporciona una vía para el diseño de electrocatalizadores avanzados para la utilización de CO2.