Uma equipe de pesquisadores desenvolveu um novo paradigma de pesquisa que simplifica a compreensão de como as estruturas dos catalisadores afetam suas reações. O estudo concentrou-se na reação eletroquímica de redução de CO2 usando catalisadores à base de óxido de estanho, revelando insights cruciais sobre as espécies de superfície ativa e seu desempenho. Esta inovação permite o projeto personalizado de catalisadores eficientes e abre caminho para uma maior exploração de reações eletrocatalíticas, com o objetivo de aprimorar o desenvolvimento de eletrocatalisadores escaláveis e de alto desempenho.
Num avanço significativo na luta contra as alterações climáticas e na mudança para a sustentabilidade, uma equipa de investigadores introduziu um novo quadro de investigação que simplifica a compreensão de como as estruturas catalíticas influenciam as suas reações.
Detalhes da descoberta dos pesquisadores foram publicados na revista química Aplicada.
Compreender como a superfície de um catalisador afeta sua atividade pode auxiliar no projeto de estruturas catalíticas eficientes para requisitos de reatividade específicos. No entanto, compreender os mecanismos por trás dessa relação não é uma tarefa simples, dado o complicado microambiente de interface dos eletrocatalisadores.
“Para decifrar isso, nos concentramos na reação eletroquímica de redução de CO2 (CO2RR) em catalisadores à base de óxido de estanho (Sn-O),”, aponta Hao Li, professor associado do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku (WPI-AIMR). ) e autor correspondente do artigo. “Ao fazer isso, não apenas descobrimos a superfície ativa espécies de catalisadores à base de SnO2 durante o CO2RR, mas também estabeleceu uma correlação clara entre a especiação da superfície e o desempenho do CO2RR.”
O paradigma de pesquisa padrão revela as relações estrutura-propriedade-atividade para a reação eletroquímica de redução de CO2 (CO2RR) sobre SnO2. Esta imagem ilustra a reconstrução da superfície induzida por vagas de oxigênio (cobertura de 1/1 ML) e espécies tensoativas (camada Sn) responsáveis pela produção seletiva de HCOOH. Crédito: Hao Li et al.
Método promissor para redução de CO2
O CO2RR é reconhecido como um método promissor para reduzir as emissões de CO2 e produzir combustíveis de alto valor, com fórmica ácido (HCOOH) sendo um produto notável por suas diversas aplicações em indústrias como farmacêutica, metalurgia e remediação ambiental.
O método proposto ajudou a identificar os estados superficiais genuínos do SnO2 responsáveis pelo seu desempenho em reações de redução de CO2 sob condições eletrocatalíticas específicas. Além disso, a equipe corroborou suas descobertas por meio de experimentos utilizando vários formatos de SnO2 e técnicas avançadas de caracterização.
Li e seus colegas desenvolveram sua metodologia combinando estudos teóricos com técnicas eletroquímicas experimentais.
“Preenchemos a lacuna entre o teórico e o experimental, oferecendo uma compreensão abrangente do comportamento do catalisador sob condições do mundo real no processo”, acrescenta Li.
A equipe de pesquisa está agora focada na aplicação desta metodologia a uma variedade de reações eletroquímicas. Ao fazer isso, eles esperam descobrir mais sobre correlações estrutura-atividade únicas, acelerando o projeto de eletrocatalisadores escalonáveis e de alto desempenho.
Referência: “Decifrando a relação estrutura-atividade em direção à eletrorredução de CO2 sobre SnO2 por um paradigma de pesquisa padrão” por Zhongyuan Guo, Yihong Yu, Congcong Li, Egon Campos dos Santos, Tianyi Wang, Huihui Li, Jiang Xu, Chuangwei Liu e Hao Li, 29 Janeiro de 2024, Edição Internacional de Química Aplicada.
DOI: 10.1002/anie.202319913
