15.09.2020 - Science China Press

Seguimiento de la regeneración estructural de los catalizadores para la reducción electroquímica de CO2

Los últimos años han sido testigos de un desarrollo explosivo en la reducción electroquímica de CO2 en productos químicos o combustibles valiosos. La electrorreducción de CO2 se considera una ruta prometedora para utilizar la electricidad renovable de la energía intermitente, como la solar, la eólica, la geotérmica, etc. El diseño de electrocatalizadores de alto rendimiento es fundamental para ajustar la activación del CO2, logrando así la conversión altamente selectiva del CO2 en productos de destino.

Sin embargo, el diseño racional de los electrocatalizadores se enfrenta a un gran desafío, porque la mayoría de los catalizadores pasarían por una evolución estructural dinámica bajo un campo eléctrico aplicado. Las ambiguas reglas de evolución también dificultan el descubrimiento de los mecanismos de funcionamiento. La relación estructura-desempeño establecida, basada en caracterizaciones estáticas ex-situ, no se corresponde con un fenómeno catalítico realista. Es muy importante, aunque difícil, operar para sondear la evolución estructural e identificar los verdaderos componentes catalíticamente activos en condiciones de trabajo realistas.

En respuesta a este desafío, las técnicas de caracterización in situ/operativa son métodos sólidos para seguir el cambio estructural, identificar las fases activas reales y descubrir el mecanismo subyacente, orientando así el diseño de la estructura de los catalizadores altamente activos y robustos. En un nuevo artículo de investigación publicado en la National Science Review, el grupo Li de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China Oriental presenta un último avance en la comprensión integral de cómo evoluciona la estructura de los catalizadores y cómo los componentes catalíticamente activos reales catalizan la electrorreducción de CO2 en virtud de las identificaciones estructurales operando a niveles multiescala.

"La diferencia distintiva entre la información estructural operando y ex-situ se muestra, revelando que la fase catalíticamente activa real para la electrorreducción de CO2 es inconsistente con la estructura del catalizador preparada o post-catalizada. La electrorreducción de CO2 de alto rendimiento en el formato se exhibe en la estructura regenerativa del operando. Más importante aún, la información de la estructura operando con precisión a nivel atómico es la clave para descubrir el mecanismo catalítico", afirman.

Este trabajo proporciona información sobre la evolución estructural y el origen de la actividad de los catalizadores en condiciones de trabajo realistas, y destaca la importancia del estudio de los mecanismos y el diseño de catalizadores basado en la información de retroalimentación del operando. La estrategia propuesta podría ampliarse ampliamente para desentrañar la evolución estructural y el mecanismo de trabajo de los catalizadores en la mayoría de los procesos catalíticos heterogéneos.

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