El endurecimiento de la superficie de Cu inducido por H y CO en condiciones de electrorreducción de CO2

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de la superficie
• Química computacional

Sus antecedentes:

• Los electrocatalizadores de cobre (Cu) son cruciales para la electrorreducción de CO2, y la reestructuración de la superficie se propone como un factor clave en su reactividad.
• El endurecimiento de la superficie, que involucra vacíos y adatomos, es un mecanismo de activación propuesto, pero sus detalles a nivel atómico con adsorbados no están claros.

Objetivo del estudio:

• Investigar la estructura atómica y la evolución química de las superficies de Cu en condiciones de reducción electroquímica de CO2 con coadsorción de CO y H.
• Elucidar los mecanismos de formación de las estructuras superficiales metastables de Cu y su papel en la electrocatálisis.

Principales métodos:

• Teoría funcional de la densidad canónica combinada (DFT) con técnicas de optimización global para modelar la reestructuración de la superficie Cu.
• Utilizó simulaciones cuasi-cinéticas de Monte Carlo para rastrear la evolución dinámica durante un escaneo catódico.
• Realizó simulaciones de dinámica molecular y cálculos de energía libre para analizar las especies superficiales y las vías de reacción.

Principales resultados:

• Se han identificado regímenes de cobertura intermedia y mixta de CO y H en superficies de Cu termodinámicamente desfavorables pero cinéticamente inevitables.
• Reveló estructuras metastables accesibles, incluidas las especies elevadas de Cu*CO, formadas durante la evolución de la superficie.
• Se han descubierto mecanismos plausibles de difusión y dimerización para la especie Cu*CO.

Conclusiones:

• Proporciona información atómica sobre el áspero de la superficie de Cu y la estructura de las especies involucradas durante la electrorreducción de CO2.
• Ofrece métodos computacionales generalizables para el estudio de superficies de reestructuración con adsorbados mixtos en condiciones de no equilibrio.