Mejora de la eficiencia faradaica del producto en la reducción de CO2 utilizando cobre superhidrofóbico estabilizado...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de Cu derivados de óxido (OD) son efectivos para la producción de C2+, pero sufren una reversión del estado metálico, lo que reduce la selectividad.
• Estabilizar el estado de oxidación positivo del cobre es crucial para mantener el rendimiento del catalizador.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una nueva estrategia para la incorporación de flúor (F) en las nanosferas de Cu2O para mejorar la estabilidad y la selectividad del catalizador.
• Investigar el papel del flúor en la estabilización del estado de oxidación de Cu (δ+) y en la mejora de la formación de productos de C2+.

Principales métodos:

• Tratamiento con ácido fluorhídrico (HF) para la incorporación de F en las nanosferas de Cu2O.
• Caracterización mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear de estado sólido (ssNMR) con giro de ángulo mágico 19F, mediciones de ángulo de contacto con el agua (WCA), espectroscopia Raman in situ y ATR-FTIR in situ.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) y análisis de carga de Bader para conocimientos mecanicistas.

Principales resultados:

• La incorporación de flúor estabilizó el estado de oxidación de Cu (δ +), logrando una eficiencia Faradaic de 91,9 ± 2,03% para los productos de C2 + (67% etileno) a 250 mA cm-2.
• La sustitución de F en las vacantes de oxígeno y la formación de una capa superficial de HF fueron confirmadas por ssNMR.
• Reacción de evolución del hidrógeno suprimida (HER) con mayor hidrofobidad (WCA = 161°).
• Los estudios in situ confirmaron la estabilidad prolongada del Cu2O y aclararon la vía de producción de etileno.

Conclusiones:

• La incorporación de flúor en las nanosferas de Cu2O es una estrategia viable para estabilizar el estado de oxidación activo y mejorar la selectividad de los productos de C2+ en la reducción electroquímica de CO2.
• La mayor hidrofobia y los efectos electrónicos del flúor contribuyen a mejorar el rendimiento y la estabilidad del catalizador.
• Este trabajo ofrece una nueva vía para el diseño de electrocatalizadores avanzados para la conversión eficiente de CO2.