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

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.