Desentrañamiento cuantitativo de los límites heterogéneos exsolvidos para la electrocatálisis a alta temperatura

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los óxidos de perovskita muestran una actividad limitada en la electrocatálisis a alta temperatura.
• La exsolución enriquece las superficies de perovskita con fases reactivas, formando fronteras heterogéneas.
• El papel catalítico de estas interfaces complejas sigue sin estar claro.

Objetivo del estudio:

• Para analizar cuantitativamente la reactividad de electrorreducción de dióxido de carbono (CO2RR) de películas delgadas de perovskita con nanopartículas exsolvidas.
• Para aclarar el papel catalítico de la interfaz nanopartícula/perovskita.

Principales métodos:

• Síntesis de películas delgadas de perovskita La0.4Ca0.4Ti0.94Ni0.06O3 (LCTN) con nanopartículas de Ni y NiO disueltas.
• Caracterizaciones electroquímicas de escala cruzada.
• La teoría funcional de la densidad (DFT) y el modelado de dinámica molecular (AIMD) ab initio.
• Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X a presión cercana al ambiente (NAP-XPS) durante la electrólisis del CO2.

Principales resultados:

• La actividad de CO2RR se correlaciona fuertemente con la longitud del límite de la interfaz NiO/LCTN.
• El límite de NiO/LCTN exhibe una frecuencia de rotación (TOF) de 7,05 ± 0,75 × 10^4 s^-1 a 800 °C, superando significativamente el Ni/LCTN y el LCTN.
• La absorción de CO2 en el límite NiO/LCTN favorece a una especie de carbonato bidentado con una barrera de energía de disociación más baja.
• Se observaron tasas de intercambio de oxígeno mejoradas y estabilización de los intermediarios de carbono oxidado en el límite NiO/LCTN.

Conclusiones:

• La interfaz nanopartícula / perovskita, en particular NiO / LCTN, es crucial para la electrorreducción de CO2 a alta temperatura.
• La estructura límite facilita la activación de CO2, el transporte de iones de oxígeno y la estabilización intermedia, lo que conduce a un mejor rendimiento catalítico.