Se diseñó una interfaz íntima de CuPd (100) para reducir las barreras energéticas de la reacción intermedia (hidrogenación de CO2 * y acoplamiento C-C) y mejorar la eficiencia de los productos C2. El catalizador de interfaz CuPd (100) óptimo mostró una eficiencia Faradaica C2 del 50,3%, que era 2,1 veces mayor que la del catalizador de Cu (23,6%) a \ sim 1,4 VRHE en KHCO _ {3} 0,1 M. Crédito:Revista China de Catálisis
Usar energía eléctrica intermitente para convertir el exceso de CO 2 en productos C2, como etileno y etanol, es una estrategia eficaz para mitigar el efecto invernadero. El cobre (Cu) es el único catalizador de un solo metal que puede convertir electroquímicamente CO 2 en productos C2, aunque con selectividad indeseable del producto C2. Por lo tanto, mejorar la eficiencia de conversión de los catalizadores a base de Cu para reducir el CO 2 a los productos C2 ha atraído una gran atención.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Min Liu de la Central South University, Porcelana, diseñó un electrocatalizador bimetálico de Cu-Pd con una interfaz de CuPd (100) que puede reducir la barrera energética de la generación de productos C2. El electrocatalizador se obtuvo mediante un método de crecimiento in situ basado en la reducción térmica para producir nanopartículas de Pd como semillas nucleadas. Los resultados fueron publicados en Revista china de catálisis .
Generalmente, hay dos factores limitantes para lograr la electrorreducción de CO 2 a los productos C2, a saber, la cantidad de CO * intermedio (* indica que el intermedio se adsorbe en la superficie del catalizador) y la etapa de acoplamiento C-C (generalmente dos acoplamientos de CO *). Para catalizadores de Cu, la barrera de energía del paso de acoplamiento C-C es relativamente baja. Sin embargo, El co 2 adsorción y CO 2 * la capacidad de hidrogenación del Cu es desfavorable, resultando en una cantidad insuficiente de CO * involucrado en el siguiente paso de acoplamiento C-C. El paladio (Pd) es un catalizador eficiente que exhibió un fuerte CO 2 cinética de adsorción y reacción ultrarrápida para la formación de CO *. Sin embargo, La intoxicación por CO * en la superficie de Pd la hace inadecuada para generar productos C2. Para aprovechar al máximo tanto el Cu (barrera de baja energía del acoplamiento C-C) como el Pd (cinética ultrarrápida para la formación de CO *), el ensamblaje de un catalizador bimetálico de CuPd se concibió como un método potencial para optimizar la eficiencia de la formación del producto C2.
El cálculo de la teoría funcional de la densidad (DFT) muestra que la interfaz CuPd (100) mejoró la adsorción de CO 2 y redujo la barrera energética del CO 2 * etapa de hidrogenación; por lo tanto, suficiente CO * participó en la reacción de acoplamiento C-C. Además, la barrera de energía del paso determinante de la velocidad para la generación de producto C2 en la interfaz CuPd (100) es 0,61 eV, que es menor que el de la superficie de Cu (100) (0,72 eV).
Luego, el catalizador de interfase CuPd (100) objetivo se preparó mediante un método químico húmedo simple y se probó mediante diferentes métodos de caracterización. Los resultados del experimento del sensor de gas y desorción programada por temperatura demostraron la mejora de CO 2 adsorción y CO 2 * capacidad de hidrogenación en la interfaz CuPd (100), respectivamente. Como resultado, el catalizador de interfaz CuPd (100) exhibió una eficiencia Faradaica C2 del 50,3%, que fue 2,1 veces mayor que la del catalizador de Cu (23,6%) a -1,4 V RHE en 0,1 M KHCO 3 . Este trabajo proporciona una referencia para el diseño racional de electrocatalizador a base de Cu para CO 2 electrorreducción ajustando la barrera de energía de reacción intermedia.
