Bi-Zr-Modulado CO2 Microambiente permite una alta tasa de reducción de CO2

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La ingeniería del entorno químico local es clave para las reacciones electroquímicas de reducción de CO2 (CO2RR).
• Los catalizadores compuestos de bismuto-zirconio (Bi-Zr-KB) se desarrollaron para modificar el microambiente de CO2 en las células de flujo alcalino.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de la incorporación de circonio en los catalizadores basados en bismuto para la CO2RR.
• Optimizar la relación Bi/Zr para mejorar el rendimiento catalítico y la selectividad del formato.

Principales métodos:

• Síntesis de catalizadores de Bi-Zr-KB con proporciones variables de Bi/Zr.
• Pruebas electroquímicas en un sistema de célula de flujo alcalino.
• Caracterización de materiales mediante XPS, SEM, EDX, XAS, EIS y espectroscopia Raman in situ.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• El catalizador Bi-Zr-KB con una relación 2:1 Bi/Zr logró una densidad de corriente de -176 mA cm-2 y una eficiencia Faradaic del 88% a -0,6 V.
• Esto representa una mejora de rendimiento de 1,4 veces en comparación con el catalizador solo de bismuto.
• La incorporación de Zr suprimió el aumento del pH local y mejoró la disponibilidad de CO2, mientras que los cálculos de DFT indicaron una mayor adsorción de CO2 y transferencia de carga en las fases Bi-Zr interfaciales.

Conclusiones:

• La incorporación de zirconio modula efectivamente el microambiente del catalizador, superando las limitaciones del transporte de masa de CO2.
• Los catalizadores Bi-Zr-KB ofrecen una estrategia prometedora para la conversión electroquímica de alta velocidad de CO2 en formato.
• El estudio pone de relieve la importancia de la ingeniería de interfaces en el diseño de catalizadores para CO2RR.