Rational Design of the Catalysts Microenvironment to Effectively Boost the Carbon Dioxide Electrochemical Reduction

Resumen

La combustión excesiva de combustibles fósiles da como resultado la emisión de dióxido de carbono (CO2), lo que desencadena crecientes problemas ambientales, como el calentamiento global, el aumento del nivel del mar, el clima extremo y la extinción de especies. La conversión de CO2 en otros productos de valor juega un papel vital para eliminar el CO2 antropogénico en la atmósfera. En este sentido, la conversión electroquímica de CO2 alimentado por energía renovable en productos químicos útiles se considera una solución elegante para lograr el ciclo del carbono. Sin embargo, debido a la interioridad de las moléculas de CO2, la incertidumbre de los productos y la reacción competitiva de evolución de hidrógeno (HER), los principales desafíos en el campo de CO2 RR son el alto requisito de sobrepotencial que representa la termodinámica desfavorable y la baja eficiencia Faradaica (FE) para el producto final que tenemos como objetivo s. Para controlar el CO2 de manera más efectiva, se han reportado muchos trabajos sobre el mecanismo de CO2RR. Centrándonos en los factores desfavorables que aparecen en el mecanismo de reacción, la optimización de los catalizadores existentes o la preparación de nuevos catalizadores podría ser más útil y conveniente. En esta disertación sólo nos enfocamos en la conversión de CO2 a CO. El CO es uno de los productos objetivo más prometedores cuando se evalúa entre los precios de mercado y el costo de la electricidad. Además, es el producto más simple que sólo pasa por la transformación de dos electrones y dos protones, lo que es más fácil de explorar y analizar estrategias optimizadas. Teóricamente, esta conversión pasa por los siguientes pasos. En primer lugar, las moléculas de gas inerte CO2 deben adsorberse en estado activo en la superficie de los catalizadores. A continuación, a través del proceso de transferencia de electrones acoplados a protones (PCET), el CO2 se transforma en COOH* intermedios. El estado y la propiedad de este producto intermedio en la superficie del catalizador, como la estabilidad, la densidad y la configuración, afectarán directamente a la generación del producto intermedio y posterior. Cuando el intermedio COOH* pasa por el siguiente proceso PCET, se generará el CO* intermedio y el agua. Desafortunadamente, el CO* intermedio debe tener una energía de enlace adecuada con el sitio activo del catalizador para obtener el producto final de CO. Si esta energía es inapropiada, el catalizador podría deteriorarse o la selectividad del CO se vería muy afectada. En este trabajo, hemos optimizado el catalizador de óxido de metal o hemos sintetizado un nuevo catalizador para ajustar diferentes pasos clave de la conversión de CO2 a CO mediante la adopción de diferentes estrategias. El objetivo de la disertación es mejorar ciertos pasos para que ciertos catalizadores logren mejorar la productividad y la selectividad de la conversión de CO2 a CO. La idea principal es que cambie el entorno local del centro activo que sea más favorable para la conversión. El trabajo completo incluye tres partes, que se centran en la adsorción de CO2, la transformación de CO2 y la desorción de CO2, respectivamente, para optimizar los catalizadores.

Fecha de lectura	6 sept 2022
Idioma original	Inglés
Supervisor	Jordi Arbiol Cobos (Director/a)