Catalizador monoatómico de bloque P de aluminio para la reducción electrocatalítica de CO2 con alta actividad...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los sitios de metal de transición dispersos atómicamente en el carbono dopado con nitrógeno son prometedores para la electroreducción de CO2 a CO.
• Un desafío clave es la barrera de alta energía para la formación de *COOH o *desorción de CO, que limita la actividad intrínseca.
• Esta relación de escala dificulta el rendimiento del catalizador.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador que supere la relación de escala en la electroreducción de CO2.
• Para investigar un catalizador de un solo átomo de aluminio de bloque p (Al-NC) con un sitio de Al-N4.
• Para permitir desentrañar los obstáculos cinéticos para la formación de *COOH y la desorción de *CO.

Principales métodos:

• Espectroscopia infrarroja de reflexión total atenuada in situ para el estudio de los intermedios de reacción.
• Simulaciones teóricas para validar las barreras cinéticas de la reacción.
• Pruebas de rendimiento electroquímico en celdas de flujo y conjuntos de electrodos de membrana (MEA).

Principales resultados:

• El catalizador Al-NC demostró una barrera cinética de reacción moderada para la formación de *COOH y la desorción de *CO.
• Se obtiene una eficiencia Faradaic de CO (FE_CO) de hasta el 98,76% a -0,65 V frente a RHE.
• Exhibió una alta frecuencia de rotación catalítica intrínseca de 3,60 s^-1 a -0,99 V frente a RHE, superando el Ni-NC y el Fe-NC.
• Las corrientes parciales de CO suministradas en las configuraciones de célula de flujo (309 mA·cm^-2 a 93,65% FE_CO) y MEA (605 mA a >85% FE_CO).
• Se mantiene un alto rendimiento con materia prima de baja concentración de CO2 (240 mA a >80% FE_CO con 30% de CO2).

Conclusiones:

• El catalizador Al-NC desentraña efectivamente los obstáculos cinéticos en la electrorreducción de CO2.
• Ofrece una actividad intrínseca y una selectividad superiores en comparación con los catalizadores de metal de transición de última generación.
• Su naturaleza abundante en tierra y su alto rendimiento lo convierten en una alternativa prometedora para aplicaciones de CO2RR.