Adaptación de la transferencia interfacial de electrones acoplados a protones a través de la ingeniería de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El diseño del electrolito es crucial para controlar las reacciones electroquímicas, particularmente la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• La comprensión de la regulación mediada por electrolitos de los microambientes interfaciales a escala atómica es esencial para optimizar las vías de ORR.
• La electrosíntesis selectiva de peróxido de hidrógeno (H2O) a través de ORR es un objetivo clave para la producción química sostenible.

Objetivo del estudio:

• Elucidar los mecanismos a escala atómica mediante los cuales el aditivo acetonitrilo (ACN) adapta la vía ORR alcalina.
• Para demostrar cómo ACN promueve la electrosíntesis selectiva de H$_{2}$O$_{2}$ en catalizadores de carbono.
• Establecer la relación estructura-actividad entre la composición de los electrolitos y el microambiente interfacial para la producción de H2O.

Principales métodos:

• Simulaciones de dinámica molecular integradas.
• Espectroscopia in situ.
• Análisis de la impedancia electroquímica.

Principales resultados:

• El aditivo ACN optimiza la interfaz de tres fases, mejorando la actividad ORR.
• ACN reestructura el agua interfacial desplazando el agua en capas de solvación catiónica y rompiendo el enlace de hidrógeno.
• ACN mitiga la inundación interfacial de protones / electrones y mejora la cinética de transferencia de electrones acoplados a protones, logrando un 90% de selectividad H$_{2}$O$_{2}$ (vs. 60% solo para KOH).

Conclusiones:

• El aditivo ACN proporciona una nueva estrategia para la electrosíntesis sostenible mediante el control preciso del microambiente interfacial.
• El estudio establece un vínculo claro entre la composición del electrolito, la estructura del agua interfacial y la selectividad de la vía ORR.
• Este trabajo ofrece una vía para el diseño de electrolitos avanzados para la síntesis electroquímica dirigida.