Reubicación dinámica de catalizadores de cobre en electrodos de difusión de gas durante la electrorreducción de CO2

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El desarrollo de tecnologías para la conversión de CO2 utilizando energías renovables es crucial.
• El cobre (Cu) es un electrocatalizador clave para la conversión del CO2 en productos multicarbónicos (C2+).
• Comprender el comportamiento del catalizador Cu en los electrodos de difusión de gas (GDE) a altas densidades de corriente es vital para las aplicaciones industriales.

Objetivo del estudio:

• Investigar la correlación entre la estructura del catalizador de Cu, el estado químico y la selectividad de C2+ en Cu-GDE durante las reacciones de reducción de CO2 (CO2RR).
• Para examinar el comportamiento del catalizador a densidades de corriente industrialmente relevantes (> 200 mA/cm2).

Principales métodos:

• Se utilizó un microscopio de fluorescencia de rayos X de barrido ex situ e in situ para observar la reubicación de Cu.
• Se utiliza la espectroscopia de absorción de rayos X in situ para identificar los estados químicos (Cu1+).
• Se utilizó cromatografía de gases en línea para controlar la selectividad del producto e identificar los mecanismos de degradación.

Principales resultados:

• Se observó una significativa reubicación de Cu dentro de la GDE después de la CO2RR.
• La reubicación de Cu se produce a través de un mecanismo de disolución-redeposición dependiente del pH, más pronunciado a un pH alto.
• La inundación de electrodos se identificó como la causa principal de la disminución de la selectividad de C2 + con el tiempo, eclipsando los efectos de reubicación de Cu.

Conclusiones:

• La reubicación de Cu en GDEs es dependiente del pH y se produce a través de la disolución-redeposición.
• La inundación de electrodos es la principal limitación para la selectividad sostenida de C2+ en Cu-GDE a altas densidades de corriente.
• Los resultados ofrecen ideas para el diseño de GDE estables y selectivos basados en Cu para electrolizadores de CO2.