Un equipo de investigadores ha desarrollado un nuevo paradigma de investigación que simplifica la comprensión de cómo las estructuras de los catalizadores afectan sus reacciones. El estudio se centró en la reacción electroquímica de reducción de CO2 utilizando catalizadores basados en óxido de estaño, revelando información crucial sobre las especies de superficie activa y su rendimiento. Este avance permite el diseño personalizado de catalizadores eficientes y allana el camino para una mayor exploración de reacciones electrocatalíticas, con el objetivo de mejorar el desarrollo de electrocatalizadores escalables y de alto rendimiento.
En un avance significativo en la lucha contra el cambio climático y el cambio hacia la sostenibilidad, un equipo de investigadores ha introducido un nuevo marco de investigación que simplifica la comprensión de cómo las estructuras de los catalizadores influyen en sus reacciones.
Los detalles del avance de los investigadores se publicaron en la revista. quimica APLICADA.
Comprender cómo la superficie de un catalizador afecta su actividad puede ayudar al diseño de estructuras catalíticas eficientes para requisitos de reactividad específicos. Sin embargo, comprender los mecanismos detrás de esta relación no es una tarea sencilla dado el complicado microambiente de interfaz de los electrocatalizadores.
“Para descifrar esto, nos centramos en la reacción electroquímica de reducción de CO2 (CO2RR) en catalizadores basados en óxido de estaño (Sn-O)”, señala Hao Li, profesor asociado del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku (WPI-AIMR). ) y autor correspondiente del artículo. “Al hacerlo, no sólo descubrimos las especies superficiales activas de los catalizadores basados en SnO2 durante el CO2RR, sino que también establecimos una clara correlación entre la especiación de la superficie y el rendimiento del CO2RR”.
El paradigma de investigación estándar descubre las relaciones estructura-propiedad-actividad de la reacción electroquímica de reducción de CO2 (CO2RR) sobre SnO2. Esta imagen ilustra la reconstrucción de la superficie inducida por las vacantes de oxígeno (cobertura de 1/1 ML) y las especies tensioactivas (capa de Sn) responsables de la producción selectiva de HCOOH. Crédito: Hao Li et al.
Método prometedor para la reducción de CO2
El CO2RR es reconocido como un método prometedor para reducir las emisiones de CO2 y producir combustibles de alto valor, siendo el ácido fórmico (HCOOH) un producto destacado por sus diversas aplicaciones en industrias como la farmacéutica, la metalúrgica y la remediación ambiental.
El método propuesto ayudó a identificar los estados superficiales genuinos del SnO2 responsables de su desempeño en reacciones de reducción de CO2 en condiciones electrocatalíticas específicas. Además, el equipo corroboró sus hallazgos mediante experimentos en los que utilizó diversas formas de SnO2 y técnicas avanzadas de caracterización.
Li y sus colegas desarrollaron su metodología combinando estudios teóricos con técnicas electroquímicas experimentales.
“Cerramos la brecha entre lo teórico y lo experimental, ofreciendo una comprensión integral del comportamiento del catalizador en condiciones del mundo real en el proceso”, agrega Li.
El equipo de investigación se centra ahora en aplicar esta metodología a una variedad de reacciones electroquímicas. Al hacerlo, esperan descubrir más sobre las correlaciones únicas entre estructura y actividad, acelerando el diseño de electrocatalizadores escalables y de alto rendimiento.
Referencia: “Descifrando la relación estructura-actividad hacia la electrorreducción de CO2 sobre SnO2 mediante un paradigma de investigación estándar” por Zhongyuan Guo, Yihong Yu, Congcong Li, Egon Campos dos Santos, Tianyi Wang, Huihui Li, Jiang Xu, Chuangwei Liu y Hao Li, 29 Enero de 2024, edición internacional Angewandte Chemie.
DOI: 10.1002/anie.202319913
2024-05-06 23:12:17
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