Une stratégie efficace pour promouvoir de nouveaux produits sur les catalyseurs à base de Cu

earthpressnews
La critique geante de licone de la SHL sur la

La réaction de réduction électrochimique du CO2 (CO2RR) en produits à haute valeur ajoutée avec deux carbones ou plus (produits C2+) fournit une stratégie viable pour fermer le cycle du carbone anthropique et augmenter l’efficacité économique. Cu est généralement considéré comme le métal actif le plus efficace qui présente des performances catalytiques notables pour le CO2RR-to-C2+.

Les électrocatalyseurs à base de Cu de conception rationnelle pour le CO2RR ont été largement développés. Cependant, la conversion directe du CO2 en produits C2+ avec une sélectivité et une efficacité élevées reste un formidable défi en raison des réseaux de réaction complexes. En particulier, un contrôle précis des produits sur un produit C2+ spécifique avec une sélectivité élevée n’a pas été atteint.

Jusqu’à présent, il manque encore les lois directrices systématiques de la régulation de surface des catalyseurs pour améliorer la productivité du C2+. Cela est nécessaire pour mieux comprendre le mécanisme de réaction du CO2RR-à-C2+ sur la surface et/ou les interfaces. Ainsi, une revue complète couvrant les réalisations sur la modification de l’état de surface, qui pourraient influencer les performances catalytiques, pour le CO2RR-to-C2+ à haut rendement est fortement souhaitée.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Qun Xu de l’Université de Zhengzhou, en Chine, a résumé les avancées récentes dans l’ingénierie de surface des catalyseurs à base de Cu à partir de quatre étapes cruciales de CO2RR-to-C2+ :

  • Inhibition d’ELLE. La modification avec des molécules organiques sur la surface des électrodes à base de Cu améliore l’hydrophobicité pour inhiber HER. Une autre façon d’atteindre cet objectif consiste à concevoir une morphologie spécifique de la forme d’une nanoaiguille et une structure poreuse hydrophobe pour réduire la mouillabilité de la surface.
  • Adsorption et activation du CO2. Les catalyseurs à base de Cu soutenus par des matériaux de capture du CO2 peuvent potentiellement former un microenvironnement local à forte concentration en CO2. Tandis que l’introduction d’ions halogénures peut donner des paires d’électrons isolés à l’orbite inoccupée du CO2 pour faciliter son activation par la formation du radical CO2•–. De plus, l’effet synergique entre Cuδ+ et Cu0 dans les surfaces de Cu est également efficace pour activer le CO2.
  • Formation et adsorption de CO. Les méthodes efficaces comprennent l’ajout de composants étrangers servant de sites de génération de CO et la construction de structures spécifiques avec des champs électriques et thermiques locaux améliorés. Ils peuvent moduler efficacement la couverture de CO, la capacité d’adsorption et les configurations d’adsorption pour le couplage CC.
  • Couplage C−C. Cette étape peut être favorisée par la construction de structures de confinement, l’ajout d’états d’oxydation, la construction de défauts, la conception de catalyseurs à un seul atome et la construction de structures à hétérojonction. Une électrode à base de Cu avec une structure de confinement peut prolonger les temps de rétention des intermédiaires.

    • L’introduction de sites Cu à valence positive, de défauts et d’interfaces d’hétérojonction module principalement les comportements d’adsorption des intermédiaires C1 et abaisse la barrière énergétique du couplage C – C. Les groupes ligands dans les catalyseurs à un seul atome affectent le chemin de couplage C – C entre différents intermédiaires C1 en modulant le micro-environnement de coordination des sites Cu.

    De plus, ce travail donne un aperçu du mécanisme de réaction du CO2RR en comprenant profondément la relation entre les propriétés de surface des catalyseurs à base de Cu et l’amélioration des performances. Pendant ce temps, les défis actuels et les stratégies potentielles de CO2RR-to-C2+ sont envisagés. L’ouvrage a été publié dans Journal chinois de catalyse.

    Plus d’information:
    Huanhuan Yang et al, Stratégies efficaces pour promouvoir la réduction électrochimique du CO2 en produits C2+ par rapport aux catalyseurs à base de Cu, Journal chinois de catalyse (2023). DOI : 10.1016/S1872-2067(23)64429-8

    Fourni par l’Académie chinoise des sciences

    ph-tech