I catalizzatori a base di rame economici e facilmente disponibili sono considerati ideali per la CO2 elettrochimica reazione di riduzione (CO2 RR) per realizzare prodotti multi-carbonio. La presenza di ossidi di rame è fondamentale per generare prodotti ad alto valore aggiunto in CO2 RR.
Tuttavia, l'inevitabile reazione laterale di evoluzione dell'idrogeno e la facile reazione di autoriduzione dell'ossido di rame sotto i potenziali negativi diminuiscono l'attività catalitica e la selettività della CO2 RR. Attualmente si sta progettando una fase stabile con resistenza all'autoriduzione elettrochimica ed elevata CO2 L'attività RR è impegnativa.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Chuanxin He dell'Università di Shenzhen, in Cina, ha cercato di sfruttare appieno l'effetto di confinamento e l'effetto di trasporto dei substrati porosi di nanofibra di carbonio su nanoparticelle metalliche, migliorando significativamente l'esposizione dei siti attivi Cu/Cux O eterogiunzioni all'interfaccia della reazione catalitica.
Il catalizzatore potrebbe mantenere la stabilità strutturale degli ossidi di rame con una densità di corrente di 400 mA cm ‒2 e ottenere un eccellente livello di CO2 Prestazioni RR rispetto all'etanolo con un'efficienza faradaica pari al 70,7% e un'attività di massa di 8,4 A mg ‒1 .
In questa ricerca, nanoparticelle di rame altamente disperse all'interno di nanofibra di carbonio sono state prima preparate tramite elettrofilatura, quindi tramite O2 -è stato introdotto il trattamento al plasma per creare simultaneamente Cu/Cux O eterostruttura e apertura di mesopori in tutte le nanofibre di carbonio.
Nello specifico, i mesopori che si aprono nelle nanofibre di carbonio possono esporre completamente il Cu/Cux Siti O all'interfaccia trifase rispetto alle nanofibre di carbonio non trattate, portando ad un'attività catalitica elevata e stabile con una bassa quantità di carico di metallo.
Combinato con le caratterizzazioni fisiche e le caratterizzazioni spettrali in situ come l'analisi della spettroscopia Raman e infrarossa, uno stato stabilizzato dinamico di Cux O e i segnali chiave del legame *CO e C–C vengono osservati durante il CO2 Processo RR. Inoltre, i calcoli DFT mostrano che la presenza di Cux O promuove lo spillover dell'intermedio *CO al Cu/Cux Interfaccia O, che può ridurre la barriera energetica di accoppiamento C–C per formare C2 H5 OH durante la CO2 Processo RR.
Il substrato di carbonio può migliorare il trasporto di elettroni e agire come donatore di elettroni per neutralizzare la riduzione di Cux O sotto un potenziale negativo, che aiuta la stabilità di Cu/Cux O eterostruttura e mantiene la stabilità di 213 ore a densità di corrente elevate. I risultati sono stati pubblicati sul Chinese Journal of Catalysis .
Ulteriori informazioni: Xingxing Jiang et al, Eterostruttura di rame adeguatamente stabilizzata ed esposta per CO2 elettroriduzione in etanolo con attività di massa ultraelevata, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64604-2
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
