Un avance significativo en este sentido ha sido el descubrimiento del papel destacado de los átomos vecinos en la mejora de la actividad catalítica de los materiales M-N-C. Estos átomos vecinos, típicamente coordinados con los centros metálicos, ejercen una profunda influencia en la estructura electrónica y la reactividad de los sitios activos.
Un aspecto crucial es la modificación electrónica de los centros metálicos. Los átomos vecinos pueden alterar la densidad electrónica y el estado de oxidación de los iones metálicos, modulando así su interacción con las moléculas de CO₂. Esta sintonización electrónica influye en la adsorción y activación de CO₂, que son pasos críticos en el proceso de reducción electroquímica.
Por ejemplo, en el caso de los catalizadores de Fe-N-C, se ha demostrado que la presencia de átomos vecinos como fósforo (P) o azufre (S) modifica la densidad electrónica de los centros de Fe. Esta modificación mejora la fuerza de adsorción de CO₂ y facilita la formación de intermediarios de reacción, lo que en última instancia conduce a una actividad catalítica mejorada.
Además, los átomos vecinos también pueden participar directamente en el mecanismo de reacción. Pueden actuar como cocatalizadores o promotores que facilitan pasos específicos en la vía de reducción de CO₂. Por ejemplo, algunos átomos vecinos pueden proporcionar sitios activos adicionales para la adsorción de CO₂ o promover la desorción de productos de reacción, acelerando así la velocidad de reacción general.
Además de estos efectos, los átomos vecinos pueden influir en la estabilidad y durabilidad de los catalizadores M-N-C. Al modificar la estructura electrónica y el entorno químico de los sitios activos, los átomos vecinos pueden mejorar la resistencia del catalizador a la desactivación y degradación, que son factores críticos para aplicaciones prácticas.
En conclusión, los átomos vecinos en los catalizadores de metal-nitrógeno-carbono desempeñan un papel fundamental en el impulso de la actividad de reducción electroquímica del CO₂. Influyen en la estructura electrónica, la reactividad y la estabilidad de los catalizadores, lo que permite una conversión eficiente de CO₂ y allana el camino para procesos electroquímicos sostenibles.
