El catalizador de sitio único Fe-N-C dopado con F mantiene la ventaja de un sobrepotencial bajo para Fe-N-C, con una eficiencia faradaica de CO mucho mayor y una densidad de corriente parcial debido al Fe 3+ estabilizado sitios activos por dopaje F atrayente de electrones. Crédito:Nano Investigación
A medida que la industria se desarrolló durante el último siglo, el exceso de emisiones de dióxido de carbono ha provocado problemas climáticos y efectos de invernadero. Los científicos trabajan constantemente para encontrar soluciones a los problemas de los gases de efecto invernadero, que calientan la superficie terrestre y las partes inferiores de la atmósfera. El dióxido de carbono es el más frecuente de los gases de efecto invernadero.
El dióxido de carbono se puede reducir electroquímicamente en productos químicos valiosos utilizando energías eléctricas derivadas del viento o la luz solar. Esta electrorreducción de dióxido de carbono presenta a los científicos una estrategia prometedora para gestionar el balance de carbono a escala mundial. La reducción electroquímica del dióxido de carbono ofrece el potencial futuro para convertir el dióxido de carbono en productos químicos útiles y más respetuosos con el medio ambiente, como el monóxido de carbono, el metano o el etanol. Para lograr la electrorreducción de dióxido de carbono, los científicos necesitan electrocatalizadores eficientes. Los electrocatalizadores son los catalizadores utilizados en las reacciones electroquímicas. Pueden aumentar la velocidad de la reacción que se produce. Un equipo de investigación de la Universidad de Nanjing ha construido catalizadores utilizando un método de dopaje con flúor que mejora su rendimiento.
El equipo de investigación informó sobre sus hallazgos en Nano Research .
Los científicos saben que los catalizadores de sitio único de metal-nitrógeno-carbono de bajo costo funcionan bien para la electrorreducción de dióxido de carbono a monóxido de carbono. Entre estos, los catalizadores de sitio único de carbono dopado con níquel y nitrógeno poseen la alta eficiencia faradaica del monóxido de carbono y una gran corriente parcial. La eficiencia faradaica describe cuán eficientemente se transfiere la carga en una reacción electroquímica.
El equipo de investigación ya ha aumentado la eficiencia faradaica y la gran corriente parcial de los catalizadores de sitio único de carbono dopado con níquel y nitrógeno dopándolos. En comparación con los catalizadores de sitio único de carbono dopado con níquel-nitrógeno, los catalizadores de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono tienen sobrepotenciales más bajos para la electrorreducción de dióxido de carbono. El sobrepotencial describe la eficiencia de voltaje de una celda. Investigaciones anteriores utilizaron espectroscopía de estructura fina de absorción de rayos X para verificar que los sitios activos de los catalizadores de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono son Fe 3+ sitios Estos Fe 3+ permiten que el catalizador sea más eficaz en la adsorción de dióxido de carbono y la desorción de monóxido de carbono.
El equipo construyó un catalizador de sitio único de hierro, nitrógeno y carbono dopado con flúor que posee más Fe 3+ sitios, como esperaban. El catalizador de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono dopado con flúor que construyeron mantuvo la ventaja de un sobrepotencial bajo. También promovió la eficiencia faradaica del monóxido de carbono de un valor alto similar a un volcán a un valor de meseta alta. "Los resultados indican una estabilidad superior del hierro-nitrógeno-carbono dopado con flúor frente al hierro-nitrógeno-carbono debido al dopaje con flúor", dijo Lijun Yang, profesor asociado de la Facultad de Química e Ingeniería Química de la Universidad de Nanjing.
El equipo de investigación concluye que el dopaje con flúor atrayente de electrones permite que el catalizador de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono mantenga la ventaja de un sobrepotencial bajo, con una eficiencia faradaica de monóxido de carbono mucho mayor y una densidad de corriente parcial debido al Fe3+ sitios.
El equipo sintetizó el hierro-nitrógeno-carbono usando un método de calor llamado pirólisis por adsorción. Realizaron los experimentos de electrorreducción de dióxido de carbono en una celda de tipo H y una celda de electrodo de difusión de gas. Usaron cálculos teóricos para comprender mejor las mejoras que sucedieron con el dopaje con flúor.
"Las pruebas electroquímicas muestran que los defectos enriquecidos mediante el dopaje con flúor aumentan cinéticamente el área de superficie electroactiva y mejoran la transferencia de carga", dijo Yang. De cara a más estudios, los hallazgos del equipo de investigación les brindan una estrategia simple y controlable para mejorar el rendimiento de la electrorreducción de dióxido de carbono a monóxido de carbono de los catalizadores de hierro-nitrógeno-carbono al estabilizar el Fe
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sitios Catalizador en tándem para mejorar la electrorreducción de dióxido de carbono a metano
