El dipolo acoplado Pd^δ--Cu^{δ+ para la valorización mejorada de nitrato acuoso en potenciales ultrabajos}

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Química del medio ambiente

Sus antecedentes:

• La contaminación por nitratos amenaza la calidad del agua y el ciclo del nitrógeno.
• La reacción electroquímica de reducción de nitratos (NO3RR) ofrece una vía para la eliminación de nitratos y la producción de amoníaco (NH3).
• Los métodos actuales de NO3RR se enfrentan a desafíos con un suministro insuficiente de hidrógeno (*H) y una mala adsorción de nitrito (NO2-), lo que limita la eficiencia y provoca la acumulación de subproductos.

Objetivo del estudio:

• Para superar las limitaciones en NO3RR mediante el desarrollo de una nueva estrategia de dipolo.
• Para mejorar el suministro de *H y la adsorción de *NO2 a potenciales ultrabajos.
• Para lograr una eliminación eficiente de nitratos y una síntesis selectiva de amoníaco.

Principales métodos:

• Fabricación de electrodos monolíticos de aleación de un solo átomo sin aglutinantes con centros duales divergentes acoplados (Pd-Cu).
• Se utilizaron experimentos in situ y simulaciones teóricas para investigar los mecanismos de reacción.
• Se emplea una estrategia de dipolo con centros polarizados Pd (δ-) y Cu (δ+) para facilitar la disociación del agua y la adsorción de NO2.

Principales resultados:

• El dipolo Pd-Cu mejoró significativamente el suministro de *H a través de la disociación de agua.
• Se ha conseguido una eliminación del 100% de los nitratos y una selectividad del 100% del amoníaco con una acumulación de nitrito cercana a cero.
• Se ha demostrado una alta eficiencia Faradaic de amoníaco (94,4%) y una tasa de rendimiento (1,98 mM h-1 cm-2) a -0,2 V frente a RHE.

Conclusiones:

• La estrategia de dipolo metálico propuesta aborda efectivamente los desafíos en la NO3RR a potenciales ultrabajos.
• Este enfoque proporciona un principio universal para el diseño de electrocatalizadores avanzados para la valorización de contaminantes.
• Los electrodos de aleación de un solo átomo Pd-Cu muestran un rendimiento superior en comparación con las contrapartes monometálicas y los catalizadores existentes.