La aleación de Co-Cu dispersada atómicamente fabricada mediante la reconstrucción in situ de la estructura metalorgánica de Cu dopada con trazas de Co se emplea como catalizador para el CO2 electroquímico reducción. Los dopantes de Co en Cu favorecen la protonación de *CO frente al acoplamiento C-C a través de una adsorción mejorada de *H y una cobertura reducida de *CO, promoviendo así la selectividad del metano. Crédito:Yang Peng (Universidad de Soochow)
El mundo depende en gran medida de los combustibles fósiles para impulsar su industria y transporte. Estos combustibles fósiles conducen a una emisión excesiva de dióxido de carbono, lo que contribuye al calentamiento global y la acidificación de los océanos. Una forma de reducir esta emisión excesiva de dióxido de carbono que es dañina para el medio ambiente es a través de la electrorreducción de dióxido de carbono en combustibles o productos químicos de valor agregado utilizando energía renovable. La idea de usar esta tecnología para producir metano ha suscitado un gran interés. Sin embargo, los investigadores han tenido un éxito limitado en el desarrollo de catalizadores eficientes para el metano.
Un equipo de investigación de la Universidad de Soochow ha desarrollado ahora una estrategia simple para crear catalizadores de aleación de cobalto y cobre que ofrecen una excelente actividad de metano y selectividad en la reducción electrocatalítica de dióxido de carbono. Su investigación se publica en Nano Research .
En los últimos 10 años, los científicos han logrado avances notables en el avance de su comprensión de los catalizadores y la aplicación del conocimiento a su fabricación. Pero los catalizadores que se han desarrollado no han sido satisfactorios para su uso con metano, en términos de selectividad o densidad de corriente. A pesar de los grandes conocimientos que han obtenido los científicos, las estrategias que han intentado para crear catalizadores para el metano son demasiado costosas para ser útiles en aplicaciones prácticas.
El equipo de la Universidad de Soochow buscó estructuras orgánicas de metal como una forma de superar los desafíos anteriores en la construcción de catalizadores para el metano. "Los marcos orgánicos de metal se han percibido como una categoría única de catalizador de reacción de reducción de dióxido de carbono electroquímico, ya que ofrecen una plataforma ajustable para alterar sistemáticamente la coordinación del sitio del metal, regular la capa de Helmholtz y controlar la unión de los intermedios", dijo el profesor Yang Peng. , Instituto Soochow de Innovaciones de Energía y Materiales, Facultad de Energía, Universidad de Soochow. La capa de Helmholtz se refiere al límite o interfaz que aparece donde un conductor electrónico entra en contacto con un conductor iónico.
Sin embargo, la estabilidad de las estructuras metalorgánicas durante el proceso electrolítico sigue siendo un problema limitante. Por lo tanto, los marcos orgánicos de metal se utilizan a menudo como precursores estructurales para obtener conjuntos de catalizadores más robustos en la reconstrucción. En su investigación, el equipo aprovechó los centros metálicos homogéneamente dispersos del marco orgánico metálico. Consiguieron aleaciones de cobre y cobalto reducidas electroquímicamente que ofrecen una excelente actividad de metano y selectividad en la reducción electrocatalítica de dióxido de carbono. El equipo utilizó espectroscopia de adsorción de rayos X in situ y espectroscopia infrarroja mejorada de superficie de reflexión total atenuada en el desarrollo de su estrategia.
El estudio del equipo no solo ofrece una estrategia útil para construir catalizadores de reducción de dióxido de carbono electrocatalíticos a través de la reconstrucción electroquímica de marcos orgánicos de metales bimetálicos, sino que también proporciona información importante sobre la dirección de las vías de reducción de dióxido de carbono electrocatalítico en cobre a través del dopaje atómico de metales de transición 3D. Estos metales de transición 3D son los elementos de la tabla periódica que van desde 22 Ti a 29 Cu (titanio a cobre).
Mediante la modulación de la concentración de dopaje de cobalto, el equipo logró una notable eficiencia de Faradaic del 60 % con respecto al metano a una alta densidad de corriente operativa.
"El mensaje más importante que nos gustaría transmitir en este trabajo es que al dopar atómicamente otros metales de transición 3D en cobre, incluso en una pequeña cantidad, la vía y la energía de reducción electrocatalítica de dióxido de carbono se pueden modular de forma controlada", dijo Peng.
Como próximo paso, el equipo quiere lograr una mejor estabilidad. Lo harán probando el sistema catalítico en un conjunto de electrodos de membrana. "Nuestro objetivo final es lograr la productividad y la estabilidad de la producción de metano a escala industrial y lograr la utilización ingeniosa del dióxido de carbono de manera ecológica", dijo Peng. Revisión de tecnologías que aumentan el potencial de conversión de dióxido de carbono en productos útiles
