Ionomero aniónico: cationes inmovilizados en la superficie liberados y un microambiente hidrofóbico establecido para...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La electrosíntesis de etileno (C2H4) a partir de CO2 en catalizadores de cobre (Cu) es crucial para la neutralidad de carbono.
• Los desafíos incluyen la alcalinidad inestable y la precipitación de carbonato debido a la migración de iones, lo que dificulta la producción de C2H4 de alta densidad de corriente.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador estable y eficiente para la electrosíntesis de C2H4 de alta corriente a partir de CO2.
• Abordar los problemas de migración de iones y alcalinidad utilizando una estrategia de "liberación de carga".

Principales métodos:

• Incorporación de un ionómero aniónico (ácido sulfónico perfluorado, PFSA) en un marco orgánico cationico covalente (cCOF) en una superficie de Cu (cCOF/PFSA).
• Utilización de caracterizaciones in situ y cálculos teóricos para analizar el rendimiento del catalizador y el microambiente.
• Prueba del catalizador en un electrolizador de MEA de área grande y una pila de MEA de 5 células.

Principales resultados:

• El catalizador cCOF / PFSA creó un microambiente hidrofóbico y fuerte alcalino, optimizando los intermedios de CO para una mayor formación de C2H4.
• Se obtiene una eficiencia Faradaic del 70,5% para C2H4 a una densidad de corriente parcial superior a 470 mA cm-2.
• Se ha demostrado una alta eficiencia de carbono de paso único (96,5%) y una estabilidad excepcional (>760 h).
• La ampliación exitosa en un electrolizador MEA logró una corriente industrial (15 A) y una alta tasa de producción de C2H4 (19 mL min-1).

Conclusiones:

• La estrategia de "liberación de carga" con cCOF / PFSA estabiliza efectivamente el entorno del cátodo, suprimiendo la precipitación de carbonato.
• El catalizador optimizado avanza significativamente la viabilidad industrial de la electrorreducción de CO2 al etileno.