Perspectivas espectro-electroquímicas sobre la reducción del CO2 electrocatalítico en medios ácidos a través del...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales e ingeniería
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reducción electrocatalítica de CO2 (eCO2R) en medios ácidos es prometedora para la utilización de CO2, pero sufre la competencia con la reacción de evolución del hidrógeno (HER).
• La comprensión de los complejos procesos de electrodos trifásicos y los arreglos de doble capa eléctrica (EDL) es crucial para mejorar la selectividad y la eficiencia de eCO2R.

Objetivo del estudio:

• Investigar la influencia de la geometría del catalizador en los procesos HER y eCO2R competidores en condiciones ácidas.
• Para aclarar el papel de la estructura EDL y las fuentes de protones en la modulación de la cinética de la reacción.
• Desarrollar estrategias para mejorar el rendimiento ácido eCO2R a través del diseño de catalizadores.

Principales métodos:

• Fabricación de catalizadores modelo con parámetros cavernosos adaptados.
• Técnicas espectro-electroquímicas in situ/operando que incluyen espectrometría de masas electroquímica diferencial, espectroscopia Raman, infrarroja y mediciones de electrodos de disco giratorio.
• Análisis de la cinética modulada geométricamente de HER y eCO2R.

Principales resultados:

• Los EDL superpoblados en nanocajas confinadas impiden el eCO2R a altas densidades de corriente al limitar el volumen de reacción, el suministro de CO2 y promover la disociación del agua.
• La geometría del catalizador influye significativamente en la interacción entre HER y eCO2R.
• Las estructuras mesoporosas optimizadas y las zonas EDL expandidas mejoran el rendimiento eCO2R.

Conclusiones:

• La adaptación de la geometría del catalizador es clave para regular espacialmente el transporte de masas, los entornos químicos locales y los arreglos EDL para un eCO2R ácido eficiente.
• Alcanzar una eficiencia de Faradaic cercana a la unidad en un amplio rango de corriente y operación prolongada es posible con catalizadores diseñados con precisión.
• Este trabajo proporciona información fundamental para el diseño de electrocatalizadores avanzados para la utilización sostenible de CO2.