Construcción de grupos de Fe monocapa como catalizadores modelo para la electrorreducción de CO2

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la superficie
• La electrocatálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Comprender los sitios activos y las relaciones estructura-actividad es crucial para avanzar en las reacciones electrocatalíticas.
• Los materiales a base de hierro se estudian ampliamente para la electrorreducción de CO2 (CO2RR), pero el papel exacto del hierro sigue sin estar claro.
• El desarrollo de catalizadores modelo con estructuras bien definidas es esencial para superar estos desafíos.

Objetivo del estudio:

• Construir y investigar grupos de hierro monocapa (ML-Fe) en Au{111) como catalizadores modelo para el CO2RR.
• Elucidar las relaciones estructura-actividad de los catalizadores de hierro a escala atómica.
• Comprender cómo los cambios en el tamaño del grupo de hierro afectan el rendimiento catalítico y las vías de reacción.

Principales métodos:

• Fabricación de grupos de Fe en una sola capa sobre un sustrato monocristalino Au{11} utilizando deposición de vapor bajo vacío ultraalto (UHV).
• Caracterización a escala atómica del tamaño del racimo de Fe utilizando microscopía de túnel de barrido (STM).
• Evaluación del rendimiento electrocatalítico del CO2RR y cálculos teóricos para analizar los mecanismos de reacción.

Principales resultados:

• Clusters de Fe monocapa sintonizables construidos con éxito (ML-Fe) con tamaños alrededor de 2 nm en Au{111}.
• Los catalizadores ML-Fe alcanzan una eficiencia Faradaic (FE) superior al 60% para la producción de CO durante la CO2RR.
• Las nanopartículas de hierro más grandes promovieron la reacción de evolución del hidrógeno (HER) debido a una unión intermedia * CO más fuerte.

Conclusiones:

• Los grupos de Fe monocapa a escala atómica sirven como catalizadores modelo efectivos para el estudio de la CO2RR.
• La estructura del catalizador, específicamente el tamaño del clúster de Fe, influye críticamente en la selectividad entre CO2RR y HER.
• Este trabajo proporciona una base para el diseño de catalizadores bien definidos para sondear las relaciones estructura-actividad en la electrocatálisis.