BiSn_xO_y amorfo para la electroreducción eficiente de CO₂ a formiato mediante dopaje in situ

Área de la Ciencia:

• Electroquímica
• Ciencia de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reducción electroquímica de CO2 a formiato enfrenta desafíos en la selectividad del producto, la densidad de corriente y la estabilidad del catalizador.
• Los catalizadores convencionales a menudo comprometen la actividad en favor de la estabilidad, lo que dificulta la aplicación práctica.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un precatalizador novedoso para la reducción electroquímica eficiente y estable de CO2 a formiato.
• Superar el compromiso actividad-estabilidad en los catalizadores de reducción de CO2.

Principales métodos:

• Desarrollo de un precatalizador BiSnxOy amorfo.
• Pruebas de rendimiento electroquímico en celdas de flujo y electrolizadores de ensamblaje de membrana y electrodo (MEA).
• Caracterización espectroscópica in situ y cálculos de teoría de funcionales de densidad (DFT) con análisis COHP.

Principales resultados:

• El catalizador BiSnxOy amorfo logró una eficiencia de Faraday (FEFormate) del 95,6% para formiato a 800 mA cm-2.
• Se mantuvo una operación estable a 500 mA cm-2 en electrolizadores MEA.
• Se demostró una operación estable de más de 160 horas con un 92,3% de FE a 200 mA cm-2.
• Integración exitosa en un sistema MEA alimentado por energía solar para la generación sostenible de formiato.

Conclusiones:

• La estructura amorfa facilita la transformación rápida y mejora la estabilidad.
• La incorporación de Sn optimiza la configuración electrónica para la formación selectiva de formiato al ajustar los sitios de Bi.
• Este paradigma de catalizador dinámico ofrece una vía eficiente en átomos para la valorización industrial de CO2 utilizando energía renovable.