¿Cómo puede cambiar la morfología superficial la selectividad en electrocatálisis?
La rugosidad del catalizador como factor clave
El Departamento de Teoría del Instituto Fritz Haber llama la atención sobre la morfología de los catalizadores como factor clave para determinar qué producto se forma durante una reacción electrocatalítica. El análisis, publicado en Nature Catalysis, explora cómo la "rugosidad" de la superficie de un catalizador cambia la selectividad de una serie de reacciones tecnológicamente importantes, como la conversión electroquímica deCO2 en combustibles y la formación de H2Oen pilas de combustible. Los resultados ofrecen una nueva perspectiva sobre cómo el diseño de catalizadores podría optimizar los procesos electroquímicos, al tiempo que desafían la imagen tradicional que se centra por completo en la naturaleza del sitio activo a nivel atómico.
© Dr. Vanessa Bukas, FHI
La catálisis desempeña un papel fundamental en la industria química e influye significativamente en numerosas facetas de la vida cotidiana, como la generación de plásticos, el desarrollo de fármacos y la fabricación de fertilizantes. La electrocatálisis heterogénea, en particular, está en el centro del desarrollo de tecnologías energéticas sostenibles, ya que permite la producción sin carbono de combustibles y productos químicos mediante electricidad renovable. En este caso, las transformaciones químicas sólo requieren condiciones suaves de temperatura y presión, ya que son impulsadas por la transferencia de carga en la interfase sólido-líquido.
Uno de los objetivos clave de la investigación del equipo es dilucidar la selectividad de los catalizadores, cuyo origen sigue siendo a menudo poco conocido, especialmente en el campo de la electrocatálisis.
Este análisis se centra en un mecanismo microscópico en el que un determinado intermediario de la reacción escapa de la superficie del catalizador para ser detectado como un producto temprano parcialmente convertido. Un nuevo modelo cinético multiescala muestra cómo la selectividad depende de la velocidad de transporte de las especies a través del electrolito y cuantifica la influencia de la densidad de sitios catalíticamente activos, también conocida como rugosidad del catalizador. A pesar de su simplicidad, el modelo es capaz de reproducir una serie de tendencias encontradas en la literatura experimental.
Este resultado demuestra la generalidad del mecanismo propuesto y establece que la rugosidad es un descriptor clave de la morfología del catalizador en todas las escalas de longitud relevantes, lo que mejora la comprensión fundamental de los mecanismos de reacción en electrocatálisis, al tiempo que sugiere nuevas vías para optimizar la selectividad del catalizador y su funcionamiento a largo plazo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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