Construyendo una capa intermedia de amortiguación localizada para elevar la tasa alta de CO2 a C2+

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• La electrosíntesis de productos químicos multicarbónicos a partir de CO2 es crucial para la utilización del carbono.
• El control del transporte masivo de CO2 y CO intermedio es un desafío clave para la producción de C2+.
• La ingeniería de superficie catalítica existente a menudo pasa por alto la regulación selectiva del transporte de masas.

Objetivo del estudio:

• Abordar las limitaciones de la electrosíntesis de CO2 explorando la regulación selectiva del transporte de masas.
• Desarrollar una estrategia para mejorar la tasa de producción de productos químicos C2+.
• Para estabilizar los sitios catalíticos durante el proceso de electrosíntesis.

Principales métodos:

• Construcción estratégica de una capa intermedia tampón con aditivos líquidos iónicos solubles (IL).
• Integración de la capa intermedia tampón entre el electrolito acuoso y la superficie catalítica.
• Utilización de una celda compacta de flujo continuo para mejorar el transporte de CO2 y CO.
• El uso de Cu derivado de Cu2O como sitios catalíticos estabilizados por ILs.

Principales resultados:

• La capa intermedia de amortiguación regula efectivamente el microambiente para el CO2 y el CO.
• Tiempo de permanencia prolongado del CO en la capa intermedia debido a las interacciones atractivas.
• Mejora del transporte de CO2 mediante reacciones de amortiguación en la capa intermedia acuosa.
• Estabilización de los sitios activos de Cu facilitando la regeneración de Cu2O.
• Se ha logrado una alta velocidad de síntesis del producto C2+ con una densidad de corriente parcial de 1,30 A/cm2 durante más de 200 h.
• Escalabilidad demostrada hasta una célula de flujo de 100 cm2 con <6% de pérdida de carbono.

Conclusiones:

• La estrategia de intercalado de amortiguación desarrollada mejora significativamente la eficiencia de la electrosíntesis de CO2 y las tasas de producción de C2+.
• Los líquidos iónicos juegan un papel vital en la regulación del transporte de masa interfacial y la estabilización de los sitios catalíticos.
• Este trabajo establece un marco generalizable para el diseño de intercapas de amortiguación y sistemas catalíticos para la electrólisis de CO2.