Elucidando la Fuente de Protones para la Electro-Reducción de CO2 en Cu100 utilizando la Teoría de la Perturbación de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Química computacional
• Ciencias de la superficie

Sus antecedentes:

• La protonación de CO es el paso que limita la velocidad en la reacción electroquímica de reducción de CO2 (CO2RR) a los productos C1 en superficies de Cu.
• La fuente y el mecanismo exactos de protones siguen sin estar claros, con limitaciones en los métodos actuales de la Teoría Funcional de Densidad (DFT).

Objetivo del estudio:

• Investigar la fuente de protones y el mecanismo de la protonación de CO durante la CO2RR utilizando métodos computacionales avanzados.
• Para comparar la precisión de la aproximación de fase aleatoria (RPA) con el DFT-GGA para modelar las reacciones electroquímicas.

Principales métodos:

• Se empleó la aproximación de fase aleatoria (RPA) junto con la ecuación de Poisson-Boltzmann linearizada para la solvación y un método de carga superficial.
• Barreras de reacción calculadas y fuentes de protones identificadas a través de varios potenciales electroquímicos.

Principales resultados:

• RPA identificó el agua de superficie adsorbida como la fuente de protones para la conversión de *CO a *COH a través del mecanismo de Grotthuss en electrolitos neutrales / alcalinos.
• En potenciales altamente negativos, el agua disolvente se convierte en el donante primario de protones con mecanismos competidores.
• DFT-GGA subestima significativamente las barreras de reacción y predice incorrectamente el agua disolvente como la fuente universal de protones.

Conclusiones:

• El RPA proporciona una descripción más precisa de las interacciones adsorbado-metal y la estabilidad superficial en CO2RR.
• Los hallazgos destacan el papel crítico de las aguas superficiales y las limitaciones de DFT-GGA en el modelado electroquímico.
• Establece un nuevo marco teórico para el estudio de procesos electroquímicos como el CO2RR.