Los catalizadores a base de cobre, económicos y fácilmente disponibles, se consideran ideales para la producción electroquímica de CO2. reacción de reducción (CO2 RR) para producir productos multicarbono. La presencia de óxidos de cobre es crucial para generar productos de alto valor añadido en CO2 RR.
Sin embargo, la inevitable reacción secundaria de desprendimiento de hidrógeno y la fácil reacción de autorreducción del óxido de cobre bajo potenciales negativos disminuyen la actividad catalítica y la selectividad del CO2. RR. Actualmente, se está diseñando una fase estable con resistencia a la autorreducción electroquímica y niveles elevados de CO2. La actividad de RR es un desafío.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Chuanxin He de la Universidad de Shenzhen, China, buscó utilizar plenamente el efecto de confinamiento y el efecto portador de sustratos porosos de nanofibras de carbono en nanopartículas metálicas, mejorando significativamente la exposición de los sitios activos Cu/Cux O heterouniones en la interfaz de la reacción catalítica.
El catalizador podría mantener la estabilidad estructural de los óxidos de cobre bajo una densidad de corriente de 400 mA cm ‒2 y conseguir un excelente CO2 Rendimiento RR para etanol con una eficiencia faradaica de hasta el 70,7 % y una actividad másica de 8,4 A mg ‒1 .
En esta investigación, primero se prepararon nanopartículas de cobre altamente dispersas dentro de nanofibras de carbono mediante electrohilado, luego el O2 -Se introdujo un tratamiento con plasma para crear simultáneamente Cu/Cux O heteroestructura y mesoporos abiertos a lo largo de esas nanofibras de carbono.
Específicamente, los mesoporos que se abren a través de las nanofibras de carbono pueden exponer completamente el Cu/Cux. O sitios a la interfaz trifásica en comparación con las nanofibras de carbono no tratadas, lo que lleva a una actividad catalítica alta y estable con una baja cantidad de carga de metal.
Combinado con las caracterizaciones físicas y las caracterizaciones espectrales in situ, como el análisis de espectroscopía infrarroja y Raman, se obtiene un estado dinámico estabilizado de Cux. O y las señales clave del enlace *CO y C-C se observan durante el CO2 Proceso de RR. Además, los cálculos de DFT muestran que la presencia de Cux O promueve el derrame de *CO intermedio al Cu/Cux Interfaz O, que puede disminuir la barrera de energía de acoplamiento C-C para formar C2 H5 OH durante el CO2 Proceso de RR.
El sustrato de carbono puede mejorar el transporte de electrones y actuar como donante de electrones para neutralizar la reducción de Cux. O bajo un potencial negativo, lo que ayuda a la estabilidad de Cu/Cux O heteroestructura y mantiene la estabilidad de 213 h a altas densidades de corriente. Los resultados fueron publicados en el Chinese Journal of Catalysis. .
Más información: Xingxing Jiang et al, Heteroestructura de cobre adecuadamente estabilizada y expuesta para CO2 Electrorreducción a etanol con actividad de masa ultraalta, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64604-2
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
