Relación en forma de volcán entre la relación interfacial K+-H2 y la actividad de reducción de CO2 en...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La optimización del suministro de hidrógeno activo superficial (*H) es crucial para la reacción de reducción electrocatalítica de CO2 (ECRR).
• El vínculo mecánico preciso entre la dinámica H y el rendimiento ECRR sigue sin estar claro.
• Los catalizadores en tándem ofrecen una vía prometedora para regular con precisión el suministro de *H.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e investigar catalizadores en tándem (M4/Ni1NC) para el suministro controlado de *H.
• Para aclarar los factores termodinámicos y cinéticos que rigen la dinámica H durante ECRR.
• Establecer la relación entre las propiedades del agua interfacial y el rendimiento del ECRR.

Principales métodos:

• En el caso de los catalizadores en tándem M4/Ni1NC (M=Fe, Co, Cu, Mn), el método de síntesis es el siguiente:
• Caracterización electroquímica y ensayo de la reacción de reducción de CO2 en una célula de flujo.
• Cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para comprender la dinámica y los mecanismos de reacción H.

Principales resultados:

• Los grupos M4 facilitan termodinámicamente el suministro de H para la activación de CO2.
• La relación K+H2O, influenciada por la función de trabajo M4, controla cinéticamente la tasa de suministro de *H.
• Se observó una correlación en forma de volcán entre la relación K+H2O y el rendimiento de la ECRR.
• Cu4/Ni1NC demostró un rendimiento ECRR excepcional con >95% de eficiencia Faradaic para CO y altas densidades de corriente.

Conclusiones:

• Los catalizadores en tándem modulan eficazmente el suministro de *H para el ECRR.
• Las propiedades interfaciales del agua (relación K+H2O) son factores cinéticos clave para una cobertura óptima de *H.
• El suministro controlado de *H es esencial para suprimir la evolución del hidrógeno y maximizar la selectividad de la reducción de CO2.