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Conversão eletroquímica de dióxido de carbono (CO 2 ) em combustíveis e matérias-primas de valor agregado, idealmente se alimentado por eletricidade renovável, fornece uma rota para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e, simultaneamente, fechar o ciclo do carbono. Atualmente, o projeto racional e a síntese controlável de catalisadores mais eficientes, combinado com a compreensão do mecanismo catalítico, a fim de alcançar a aplicação industrial de CO 2 a tecnologia de redução elétrica se tornou o foco e a dificuldade da pesquisa.
Recentemente, uma equipe liderada pelo Prof. YU Shuhong e Prof. GAO Minrui da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) desenvolveu uma estratégia de aquecimento por microondas para sintetizar uma nanoestrutura de calcogeneto de metal de transição que catalisa CO de maneira eficiente 2 eletrredução a monóxido de carbono (CO). Esses resultados foram publicados em Angewandte Chemie e a Jornal da American Chemical Society .
Um desafio considerável na conversão de CO 2 em combustíveis úteis vem da ativação de CO 2 para CO 2 - ou outros intermediários, que muitas vezes requer catalisadores metálicos preciosos, alto overpotentials, e / ou os aditivos de eletrólito (por exemplo, líquidos iônicos).
Neste estudo, os pesquisadores relataram uma estratégia de aquecimento por microondas para sintetizar uma nanoestrutura de calcogeneto de metal de transição que catalisa CO de maneira eficiente. 2 eletrredução para CO. Eles alcançaram um CO recorde 2 -para-CO corrente de conversão de 212 mA cm -2 com seletividade de ~ 95,5% e potencial de -1,2 V contra um eletrodo de hidrogênio reversível (RHE) em uma configuração de célula de fluxo usando as matrizes de nanoneedle de sulfeto de cádmio (CdS) como eletrocatalisadores.
Estudos experimentais e computacionais mostraram que o catalisador nanoestruturado CdS de alta curvatura com um efeito de proximidade pronunciado dá origem a um grande aumento do campo elétrico, que pode concentrar cátions de metal alcalino e, assim, resulta no aumento de CO 2 eficiência de eletrredução.
Além de usar o "efeito próximo ao vizinho" da ponta de multiagulhas nano para alcançar o enriquecimento de íons alvo, O grupo do Prof. GAO Minrui e a equipe do acadêmico YU Shuhong propuseram ainda o uso do "efeito de área confinada" da nanocavidade para enriquecer os intermediários de reação e realizar a conversão de alta eficiência de CO 2 para combustíveis multi-carbono.
Os resultados introduziram uma rota de confinamento simples para novos CO 2 reação de redução (CO 2 RR) projeto de catalisador. O confinamento espacial dos intermediários de carbono gerados in situ dentro das cavidades de Cu2O foi considerado suficiente para prevenir a redução de Cu + sob CO 2 RR e para estabilizar o estado de oxidação do Cu.
Eles mostraram experimentalmente que o Cu projetado 2 O com múltiplas cavidades produz C 2 + compostos com uma eficiência Faradaica de mais de 75% e um C 2 + densidade de corrente parcial de 267 ± 13 mA cm -2 . Tão notável C 2 + a produção habilitada pelo catalisador demonstrado aqui sugeriu uma forma de estruturação de material para aumentar o CO 2 Atividade RR e seletividade para combustíveis com base em carbono com valor agregado movidos por energia renovável.
A pesquisa mostra que o projeto da nanoestrutura do catalisador no CO 2 a reação de eletroredução tem um impacto importante no desempenho catalítico. O "efeito de enriquecimento" em nanoescala pode efetivamente aumentar a adsorção de intermediários-chave, promovendo assim a operação eficiente da reação. Este novo conceito de design fornece novas idéias para o design de eletrocatalisadores relacionados e a síntese de combustíveis à base de carbono de alto valor agregado no futuro.
