Réduction électrochimique du CO2 sur des métaux de transition soutenus par du graphène – vers des catalyseurs à atomes uniques

Dans cette étude, nous avons examiné l'utilisation d'atomes métalliques uniques soutenus sur du graphène défectueux comme catalyseurs pour la réduction électrochimique du CO2 en utilisant l'approche des premiers principes et le modèle de l'électrode hydrogène computationnelle. Les voies de réaction pour produire une variété de produits C1 tels que le CO, l'HCOOH, le HCHO, le CH3OH et le CH4 ont été étudiées en détail pour cinq métaux de transition représentatifs : Ag, Cu, Pd, Pt et Co. Différentes voies ont été révélées, contrairement à celles trouvées pour les surfaces cristallines métalliques et les nanoparticules. Ces catalyseurs à atomes uniques ont montré une amélioration générale des potentiels limitants en taux pour générer des hydrocarbures C1. Ils montrent également des différences distinctes en termes d'efficacité et de sélectivité dans la réduction du CO2, qui peuvent être corrélées à leurs propriétés élémentaires en fonction de leur numéro de groupe dans le tableau périodique. Six meilleurs candidats pour la production de CH4 ont été identifiés par l'intermédiaire d'un criblage computationnel de 28 métaux de transition de la sous-couche d. Ag a le potentiel d'activation le plus bas (0,73 V), suivi de Zn, Ni, Pd, Pt et Ru, tous avec des potentiels d'activation inférieurs à 1 V. Cu sous forme d'atome unique soutenu montre une forte préférence pour la production de CH3OH avec un potentiel d'activation de 0,68 V, bien en dessous de la valeur de 1,04 V pour la production de CH4.