En el ámbito de las reacciones electroquímicas, en particular aquellas que implican la reducción de dióxido de carbono (CO₂), los catalizadores desempeñan un papel fundamental a la hora de facilitar la conversión de este gas de efecto invernadero en productos valiosos. Entre estos catalizadores, el cobre destaca como un candidato prometedor debido a su alta selectividad para la reducción de CO₂. Sin embargo, para desbloquear todo el potencial de los catalizadores de cobre se requiere una comprensión más profunda de cómo los átomos vecinos en el entorno del catalizador influyen en su actividad y selectividad.

Estudios recientes han arrojado luz sobre el papel crucial de los átomos vecinos en la modulación del rendimiento de los catalizadores de cobre para la reducción de CO₂. Estos átomos vecinos pueden mejorar o dificultar la capacidad del catalizador para impulsar reacciones químicas específicas. Así es como pueden influir en el proceso catalítico:

Ajuste del comportamiento de adsorción del CO₂:los átomos vecinos pueden alterar la fuerza de unión entre la superficie del catalizador y el CO₂, afectando la adsorción inicial del gas reactivo. Al modificar la estructura electrónica de los átomos de cobre, los átomos vecinos pueden fortalecer o debilitar la adsorción de CO₂, influyendo en las vías de reacción posteriores y la distribución del producto.

Modulación de los intermedios de reacción:la presencia de átomos vecinos puede afectar la estabilidad y reactividad de los intermedios de reacción formados durante la reducción de CO₂. Por ejemplo, los átomos de nitrógeno vecinos pueden estabilizar ciertos intermedios, promoviendo la formación de productos deseados como etileno o etanol. Por otro lado, los átomos de oxígeno vecinos podrían favorecer la formación de productos menos deseables, como especies de formiato o carbonato.

Promoción de la transferencia de carga:los átomos vecinos pueden facilitar la transferencia de electrones entre la superficie del catalizador y la molécula de CO₂ adsorbida. Esta transferencia de carga es esencial para romper los fuertes enlaces carbono-oxígeno del CO₂ e iniciar el proceso de reducción. Los átomos vecinos con propiedades electrónicas adecuadas pueden mejorar esta transferencia de carga, mejorando la actividad y eficiencia del catalizador.

Modificación de las propiedades superficiales del catalizador:los átomos vecinos pueden modificar las propiedades superficiales del catalizador de cobre, lo que afecta su reactividad general. Por ejemplo, la incorporación de átomos o ligandos metálicos específicos puede introducir sitios activos adicionales o alterar las propiedades electrónicas de la superficie, lo que conduce a una actividad y selectividad de reducción de CO₂ mejoradas.

Al comprender las interacciones entre los átomos de cobre y sus átomos vecinos, los investigadores pueden diseñar catalizadores que muestren un rendimiento mejorado para la reducción electroquímica de CO₂. Este conocimiento permite el desarrollo de sistemas catalíticos más eficientes y selectivos, avanzando en el progreso hacia la utilización de CO₂ como materia prima sostenible para la producción de combustibles y productos químicos valiosos.