Los cúmulos de Cu ricos en electrones facilitan el acoplamiento CO-CO en la electrorreducción CO2

Área de la Ciencia:

• Catálisis
• Ciencias de los materiales
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• Los grupos de cobre subnanométricos en sustratos funcionales son prometedores para la reducción electroquímica de CO2 (eCO2RR) a productos multicarbónicos.
• No se comprende bien la base mecánica de su mayor actividad de acoplamiento C-C.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar los factores electrónicos y estructurales que rigen la dimerización de CO-CO en clústeres de Cu8 soportados por g-C3N4 para eCO2RR.
• Comprender cómo las propiedades del cúmulo influyen en la adsorción de CO, la reactividad y la estabilización intermedia.

Principales métodos:

• Muestreo acelerado por el aprendizaje automático de Monte Carlo (ML-aGCMC).
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad canónica mayor (GC-DFT).
• Análisis de la estructura electrónica, la termodinámica de adsorción y las barreras de reacción.

Principales resultados:

• Bajo potenciales negativos, la adsorción de CO es favorecida sobre el formato, aumentando la probabilidad de acoplamiento C-C.
• Los cúmulos de Cu8 exhiben barreras de acoplamiento de CO-CO más bajas que las de Cu{100} debido a la falta de coordinación de los átomos y a una mayor acumulación de carga.
• La estabilización del intermedio OCCO se logra a través de fuertes interacciones electrostáticas impulsadas por el acoplamiento campo-dipolo.

Conclusiones:

• La estructura electrónica y la geometría del clúster de Cu8 son críticas para mediar la transferencia de electrones y estabilizar los intermedios en eCO2RR.
• En condiciones de funcionamiento, las especies de Cu8 y Cu15 saturadas de CO son dominantes debido a su población y cinética.
• Estos hallazgos proporcionan principios de diseño para mejorar la formación de productos valiosos en la electrocatálisis.