Adaptación del microambiente para la reducción electrocatalítica de CO2: efectos de la estructura interfacial en el...

Área de la Ciencia:

• La electrocatálisis
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• El rendimiento de la reacción electrocatalítica de reducción de CO2 (CO2RR) está dictado por el microambiente del cátodo.
• Las nanoestructuras desordenadas en catalizadores y electrodos dificultan la comprensión y optimización de la CO2RR.
• Existe una brecha de conocimiento en la correlación de la disposición de la estructura interfacial con el control del microambiente para CO2RR.

Objetivo del estudio:

• Investigar la relación entre la estructura interfacial y el microambiente para el CO2RR.
• Desarrollar un sistema sintonizable para controlar los efectos sinérgicos dentro del microambiente del electrodo.
• Aclarar cómo el ajuste del microambiente afecta las vías de CO2RR y la selectividad del producto.

Principales métodos:

• Fabricación de matrices de nanocables Cu jerárquicos superhidrofóbicos con micro ranuras (NAM, por sus siglas en inglés).
• Ajuste de la estructura NAM para modificar las propiedades del microambiente (estado de humedad, confinamiento de CO*, concentración de CO2, pH).
• Se utilizó el modelo de transporte de masas para cuantificar los efectos interfaciales gas-líquido-sólido en la concentración de CO2.

Principales resultados:

• El ajuste de la estructura NAM mejoró sinérgicamente la concentración local de CO2, la humedad estabilizada, el CO* confinado y el pH modulado.
• Cuantificó el papel de la interfaz gas-líquido-sólido en el aumento de las concentraciones locales de CO2.
• La configuración NAM optimizada aumentó la actividad CO2RR en un 690%, la selectividad C2+ en un 72% y la eficiencia Faradaic en un 36% en comparación con la lámina Cu.

Conclusiones:

• La organización racional de los materiales de interfaz jerárquicos puede diseñar el microambiente CO2RR.
• El ajuste del microambiente influye en la competencia de CO* y H* por los sitios activos, dirigiendo las vías de reacción.
• Los hallazgos proporcionan información para el diseño de electrodos de difusión de gases avanzados para mejorar la selectividad y la actividad de CO2RR.