Figura 1. Procedimientos de fabricación de diversas nanoestructuras de oro a través de técnicas de electrodeposición y nanopatrones de campo de proximidad (PnP). Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Los investigadores de KAIST desarrollaron un catalizador nanoestructurado jerárquicamente poroso tridimensional (3-D) con dióxido de carbono (CO 2 ) a una tasa de conversión de monóxido de carbono (CO) hasta 3,96 veces mayor que la de los catalizadores de oro nanoporosos convencionales. Este nuevo catalizador ayuda a superar las limitaciones existentes del transporte masivo que ha sido una de las principales causas de la disminución del CO 2 tasa de conversión, manteniendo una fuerte promesa para la conversión electroquímica a gran escala y rentable de CO 2 en productos químicos útiles.
Como CO 2 las emisiones aumentan y los combustibles fósiles se agotan a nivel mundial, reducir y convertir CO 2 a la energía limpia electroquímicamente ha atraído una gran atención como una tecnología prometedora. Especialmente debido al hecho de que el CO 2 La reacción de reducción ocurre competitivamente con reacciones de desprendimiento de hidrógeno (HER) a potenciales redox similares, el desarrollo de un electrocatalizador eficiente para CO selectivo y robusto 2 Las reacciones de reducción siguen siendo un problema tecnológico clave.
El oro (Au) es uno de los catalizadores más utilizados en CO 2 reacciones de reducción, pero el alto costo y la escasez de Au representan obstáculos para las aplicaciones comerciales masivas. El desarrollo de nanoestructuras se ha estudiado ampliamente como un enfoque potencial para mejorar la selectividad de los productos objetivo y maximizar el número de sitios estables activos. mejorando así la eficiencia energética.
Sin embargo, los nanoporos de las nanoestructuras complejas reportadas anteriormente fueron fácilmente bloqueadas por burbujas gaseosas de CO durante las reacciones acuosas. Las burbujas de CO obstaculizaron el transporte de masa de los reactivos a través del electrolito, resultando en CO bajo 2 medidas de conversión.
Figura 2. Vista superior de imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de la nanoestructura de oro jerárquicamente porosa (barras de escala, 3 μm). Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
En el estudio publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias de los EE. UU. PNAS ) el 4 de marzo, un grupo de investigación en KAIST dirigido por el profesor Seokwoo Jeon y el profesor Jihun Oh del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales diseñó una nanoestructura de Au jerárquicamente porosa 3-D con dos tamaños diferentes de macroporos y nanoporos. El equipo utilizó nanopatrones de campo de proximidad (PnP) y técnicas de galvanoplastia que son efectivas para fabricar nanoestructuras bien ordenadas en 3D.
La nanoestructura propuesta, compuesto por canales macroporosos interconectados de 200 a 300 nanómetros (nm) de ancho y nanoporos de 10 nm, induce un transporte masivo eficiente a través de los canales macroporosos interconectados, así como una alta selectividad al producir sitios estables altamente activos a partir de numerosos nanoporos.
Figura 3. Ilustración esquemática y vista en sección transversal con la vía de reacción esperada para los electrodos de oro jerárquicamente porosos y nanoporosos. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Como resultado, sus electrodos muestran una alta selectividad de CO del 85,8% a un bajo sobrepotencial de 0,264 V y una actividad de masa eficiente que es hasta 3,96 veces mayor que la de los electrodos de Au nanoporosos desaleados.
"Se espera que estos resultados resuelvan el problema de la transferencia de masa en el campo de reacciones electroquímicas similares y se pueden aplicar a una amplia gama de aplicaciones de energía verde para la utilización eficiente de electrocatalizadores". "dijeron los investigadores.
