Reducción electrocatalítica de CO2 en nanocubos de CuOx: Seguimiento de la evolución del estado químico, la estructura geométrica y la selectividad catalítica utilizando espectroscopía operando

Resumen La conversión electroquímica directa de dióxido de carbono (CO2) en productos de carbono múltiple (C2+) todavía enfrenta desafíos fundamentales y tecnológicos. Si bien los materiales de Cu derivados de óxido y controlados por facetas se han promocionado como catalizadores prometedores, su estabilidad ha sido problemática y poco entendida. Aquí descubrimos cambios en el estado químico y morfológico de los nanocubos de Cu2O soportados y no soportados durante la operación en celdas H de bajo corriente y en electrodos de difusión de gas (GDE) de alta corriente utilizando condiciones de tamponamiento a pH neutro. Mientras que los nanocubos no soportados lograron una eficiencia faradaica sostenida de alrededor del 60% para C2+ durante 40 horas, la dispersión en un soporte de carbono desplazó agudamente el patrón de selectividad hacia productos de C1. La XAS operando y la microscopía electrónica de alta resolución revelaron la degradación de la forma cúbica y, en presencia de un soporte de carbono, la formación de pequeñas semillas de Cu durante la sorprendentemente lenta reducción del Cu2O masivo. La estructura de faceta inicialmente rica en (100) presumiblemente no tiene un papel controlador en la selectividad catalítica, mientras que la generación derivada de óxido de defectos de red subcoordinados puede soportar altos rendimientos de productos de C2+.