Ingeniería de puentes Cu-O-In en nanocables de Cu₂O/In₂O₃ para la electroreducción eficiente de CO₂ a CO

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La modulación del centro de la banda d (εd) es clave para la actividad electrocatalítica.
• La regulación precisa de εd para la electroreducción de CO2 (eCO2R) a CO sigue siendo un desafío.
• Los catalizadores heteroestructurales ofrecen potencial para un rendimiento mejorado.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador con εd sintonizable para una eCO2R eficiente a CO.
• Investigar el papel de los puentes Cu-O-In en la regulación de εd.
• Lograr alta selectividad de CO, tasa de producción y estabilidad.

Principales métodos:

• Fabricación de un catalizador heteroestructural: espuma de cobre de nanocables 3D incorporada con In2O3 (Cu2O/In2O3@CF).
• Caracterización electroquímica para evaluar el rendimiento de la reducción de CO2 (eficiencia de Faraday, tasa de producción).
• Espectroscopía in situ (Raman, FTIR) y cálculos de Teoría de Funcionales de Densidad (DFT) para comprender el mecanismo.

Principales resultados:

• El Cu2O/In2O3@CF optimizado logró una eficiencia de Faraday de CO >90% en un amplio rango de potencial (-0.47 a -0.87 V vs. RHE).
• La eficiencia máxima de Faraday de CO alcanzó el 95.8% a -0.67 V (vs. RHE) con una alta tasa de producción de 1035.3 µmol cm⁻² h⁻¹.
• El catalizador demostró una operación estable durante más de 130 horas.
• Los puentes Cu-O-In en la heterointerfaz Cu2O/In2O3 facilitaron la redistribución de carga, optimizando εd para intermedios de eCO2R.

Conclusiones:

• El catalizador Cu2O/In2O3@CF sintoniza eficazmente el centro de la banda d a través de puentes Cu-O-In para una eCO2R mejorada.
• El diseño sinérgico de heterointerfases óxido-óxido y la arquitectura de nanocables 1D es una estrategia prometedora para la electroreducción de CO2.
• Este trabajo proporciona una nueva vía para el diseño de electrocatalizadores eficientes para la conversión de CO2.