Obstáculos de enlace de carbonato competitivo CO2 electroquímico Reducción a CO en superficies de Cu a bajos...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica del dióxido de carbono (CO2) es una vía prometedora para el ciclo sostenible del carbono y la producción química.
• Comprender los intermediarios de reacción en las superficies de los electrodos es crucial para controlar las vías de reducción de CO2, pero sigue siendo un desafío.
• El cobre policristalino es un catalizador clave para la reducción de CO2, pero su eficiencia está limitada por factores mecánicos no resueltos.

Objetivo del estudio:

• Investigar la composición dependiente del potencial de las especies adsorbidas durante la reducción de CO2 en cobre policristalino.
• Aclarar el papel de los intermediarios de reacción y las especies de superficie en el control de las vías de electrorreducción del CO2.
• Identificar estrategias para mejorar la eficiencia de reducción de CO2 en los electrodos de cobre.

Principales métodos:

• Se empleó la espectroscopia Raman mejorada con nanopartículas aisladas por la concha electroquímica in situ (SHINERS) para analizar las especies de superficie.
• Se utilizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para modelar los mecanismos de reacción y la adsorción intermedia.
• Se realizaron simulaciones de Monte Carlo para comprender la dinámica e interacciones de la superficie.

Principales resultados:

• Se descubrió que la adsorción de aniones de carbonato superaba la competencia de otros productos intermedios que contienen carbono, incluidos los productos intermedios de activación de CO2 adsorbido (*COO-) y el CO adsorbido (*CO).
• La alta concentración de carbonato condujo a un cambio anódico en el potencial de inicio de la formación de *CO, lo que indica una reducción de CO2 impedida.
• La unión competitiva de carbonato en la superficie de cobre se identificó como un obstáculo significativo para la electrorreducción eficiente de CO2.

Conclusiones:

• La adsorción competitiva de aniones de carbonato dificulta significativamente la electrorreducción de CO2 en los electrodos de cobre.
• Los cambios de superficie dependientes del potencial y las interacciones electrodo-carbonato Coulombic son factores críticos en este proceso de unión competitivo.
• La reducción de la unión competitiva del carbonato se propone como una estrategia viable para mejorar el rendimiento de reducción de CO2 en el cobre a bajos potenciales excesivos.