Ajuste de la concentración local de CO2 mediante mojabilidad controlable para explorar la selectividad de productos...

Área de la Ciencia:

• Electroquímica
• Catálisis
• Ciencia de Superficies

Sus antecedentes:

• La conversión electroquímica de dióxido de carbono (CO2) a productos multicarbonados ofrece una vía para el almacenamiento de energía renovable y la síntesis química.
• Los roles precisos de la concentración de CO2 en la superficie y el pH local en el logro de alta selectividad para productos multicarbonados siguen sin estar claros.

Objetivo del estudio:

• Desacoplar e investigar las contribuciones distintas de la concentración de CO2 en la superficie y el pH local a la selectividad de productos multicarbonados.
• Diseñar superficies de electrodos para mejorar el rendimiento de la electroreducción de CO2.

Principales métodos:

• Se utilizó espectroscopía electroquímica de fluorescencia in situ y espectroscopía Raman in situ para monitorizar las reacciones.
• Se ajustó la mojabilidad de la superficie del electrodo para regular la transferencia interfacial de CO2.
• Se comparó el rendimiento de electrodos superhidrofóbicos con electrodos de cobre (Cu) convencionales.

Principales resultados:

• Los electrodos superhidrofóbicos mantuvieron concentraciones de CO2 en la superficie significativamente más altas.
• La rápida transferencia de CO2 en superficies superhidrofóbicas amortiguó el pH local, lo que inicialmente se pensó que era desfavorable para los productos multicarbonados.
• Se logró una selectividad de productos multicarbonados del 66,5%, 1,93 veces mayor que la del electrodo de Cu convencional.
• La espectroscopía Raman operando reveló una mayor activación de CO2 y formación de intermedios (Cu-CO, CO2-) en superficies superhidrofóbicas.

Conclusiones:

• La alta concentración de CO2 en la superficie, sostenida por superficies superhidrofóbicas, es un factor clave en la promoción de la activación de CO2 y la posterior formación de productos multicarbonados.
• La ingeniería de la mojabilidad de la superficie proporciona una estrategia eficaz para controlar el microambiente y mejorar la electroreducción de CO2.
• El estudio aclara la interacción entre la concentración de CO2 en la superficie, el pH local y la selectividad del producto en la electrocatálisis de CO2.