A medida que la industria se desarrolló durante el siglo pasado, las emisiones excesivas de carbono provocaron problemas climáticos y efectos de invernadero. Los científicos trabajan constantemente en soluciones a los problemas de los gases de efecto invernadero que calientan la superficie terrestre y las partes inferiores de la atmósfera. El dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más extendido.

A medida que la industria se desarrolló durante el siglo pasado, las emisiones excesivas de carbono provocaron problemas climáticos y efectos de invernadero. Los científicos trabajan constantemente en soluciones a los problemas de los gases de efecto invernadero que calientan la superficie terrestre y las partes inferiores de la atmósfera. El dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más extendido.

El dióxido de carbono se puede reducir electroquímicamente a sustancias químicas valiosas utilizando energía eléctrica derivada del viento o la luz solar. Esta electrorreducción de dióxido de carbono ofrece a los científicos una estrategia prometedora para gestionar el balance de carbono a escala mundial. La reducción electroquímica del dióxido de carbono ofrece un potencial futuro para convertir el dióxido de carbono en sustancias químicas útiles y respetuosas con el medio ambiente, como el monóxido de carbono, el metano o el etanol. Para lograr la electrorreducción del dióxido de carbono, los científicos necesitan electrocatalizadores eficientes. Los electrocatalizadores son los catalizadores utilizados en las reacciones electroquímicas. Pueden aumentar la velocidad de la reacción que se produce. Un equipo de investigación de la Universidad de Nanjing ha diseñado catalizadores utilizando un método de dopaje con flúor que mejora su rendimiento.

El equipo de investigación informó sus hallazgos en la revista el 1 de mayo de 2022. nanoinvestigación. (DOI 10.1007/s12274-022-4441-0)

Los científicos saben que los catalizadores económicos de sitio único de metal-nitrógeno-carbono son muy adecuados para la electrorreducción de dióxido de carbono a monóxido de carbono. Entre ellos, los catalizadores de sitio único de carbono dopado con níquel y nitrógeno tienen la alta eficiencia faradaica del monóxido de carbono y una gran corriente parcial. La eficiencia de Faraday describe cuán eficientemente se transfiere la carga en una reacción electroquímica.

El equipo de investigación ya ha aumentado la eficiencia faradaica y el gran flujo parcial de catalizadores de sitio único de carbono dopado con níquel y nitrógeno mediante el dopaje. En comparación con los catalizadores de sitio único de carbono dopado con níquel y nitrógeno, los catalizadores de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono tienen sobrepotenciales más bajos para la electrorreducción de dióxido de carbono. La sobretensión describe la eficiencia de tensión de una celda. Investigaciones anteriores han utilizado espectroscopía de estructura fina de absorción de rayos X para verificar que los sitios activos de los catalizadores de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono son Fe3+ sitios esta fe3+ -Los sitios permiten que el catalizador sea más eficaz en la adsorción de dióxido de carbono y la desorción de monóxido de carbono.

El equipo de investigación construyó un catalizador de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono dopado con flúor que contiene más Fe3+ Sitios como esperabas. El catalizador de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono dopado con flúor que construyeron retuvo la ventaja de bajo sobrepotencial. También promovió la eficiencia del monóxido de carbono faradaico de un valor alto similar a un volcán a un valor de meseta alta. «Los resultados demuestran la estabilidad superior del hierro-nitrógeno-carbono dopado con flúor frente al hierro-nitrógeno-carbono debido al dopaje con flúor», dijo Lijun Yang, profesor asociado de la Facultad de Química e Ingeniería Química de la Universidad de Nanjing.

El equipo de investigación concluye que el dopaje con flúor atrayente de electrones permite que el catalizador de sitio único de hierro-nitrógeno-carbono retenga la ventaja de bajo sobrepotencial, con una eficiencia de Faraday de monóxido de carbono y una densidad de corriente parciales mucho mayores debido al Fe estabilizado.3+ sitios

El equipo sintetizó el hierro-nitrógeno-carbono utilizando un método térmico llamado pirólisis por adsorción. Realizaron los experimentos de electrorreducción de dióxido de carbono en una celda de tipo H y una celda de electrodo de difusión de gas. Utilizaron cálculos teóricos para comprender mejor las mejoras que ocurrieron con el dopaje con flúor.

«Las pruebas electroquímicas muestran que los defectos enriquecidos por el dopaje con flúor aumentan cinéticamente el área de superficie electroactiva y mejoran la transferencia de carga», dijo Yang. Con miras a un mayor estudio, los hallazgos del equipo de investigación ofrecen una estrategia simple y controlable para mejorar el rendimiento de los catalizadores de hierro-nitrógeno-carbono en la electrorreducción de dióxido de carbono a monóxido de carbono mediante la estabilización del Fe3+ sitios

El equipo de investigación incluye a Yiqun Chen, Guochang Li, Yu Zeng, Lijie Yan, Xizhang Wang, Lijun Yang, Qiang Wu y Zheng Hu de la Universidad de Nanjing.

La investigación está financiada por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Jiangsu, Proyecto Principal y el Programa de Innovación para Candidatos a Doctorado de la Universidad de Nanjing.

El documento también está disponible en SciOpen (https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4441-0) de la Prensa de la Universidad de Tsinghua.

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