Reducción en electrolitos ácidos: evidencia espectroscópica para gradientes de pH locales

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de la superficie
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica de CO2 (CO2R) es crucial para la utilización del carbono.
• El funcionamiento de CO2R en condiciones ácidas presenta desafíos debido a la evolución competitiva del hidrógeno.
• La comprensión de los fenómenos interfaciales en la superficie del electrodo es clave para optimizar el CO2R.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel de los cationes alcalinos (M+) en la reducción electroquímica de CO2 (CO2R) a un pH bajo.
• Para aclarar el pH de la superficie del electrodo local y su influencia en la selectividad del CO2R.
• Explorar estrategias para mejorar el rendimiento del CO2R en condiciones ácidas utilizando técnicas in situ.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de absorción infrarroja de reflexión total atenuada mejorada por superficie (ATR-SEIRAS) para el análisis in situ.
• Empleó microscopía de exploración láser confocal fluorescente para imágenes de superficie.
• Realizó mediciones de pH locales in situ y experimentos de ajuste de Stark.

Principales resultados:

• Se ha demostrado que el CO2R puede presentarse en electrolitos ácidos sin cationes metálicos a densidades de corriente adecuadas.
• Se demostró que los cationes alcalinos (M +) aumentan el pH local, promoviendo el CO2R al suprimir el transporte de masas de protones (H +) y alterar la estructura del agua interfacial.
• Una película orgánica formada por electrodeposición in situ permitió la evolución selectiva de CO2R (FE_CO ~ 65%) sobre el hidrógeno en ácido fuerte (pH 1) con bajas concentraciones de catión.

Conclusiones:

• El pH de la superficie local y la dinámica del transporte de protones son factores críticos para la eficiencia del CO2R en medios ácidos.
• Los cationes alcalinos pueden mejorar el CO2R modificando el entorno interfacial, pero su efectividad está limitada por las tasas de consumo de protones.
• El uso de una película orgánica es una estrategia viable para lograr una alta selectividad de CO2R en condiciones ácidas difíciles.