Diseño en tándem de electrocatalizadores y reactores para la reducción electroquímica de CO2
La reducción electroquímica del CO2 (ECR) impulsada por la electricidad verde representa una estrategia prometedora para la mitigación y utilización del CO2 mediante la producción de combustibles y productos químicos. La estrategia en tándem, basada en catalizadores multifuncionales en tándem o reactores en cascada, permite una reducción profunda del CO2 para obtener productos de alto valor con múltiples carbonos. Sin embargo, es difícil regular con precisión las vías de reacción de múltiples pasos para conseguir una conversión eficiente del CO2. El conocimiento exhaustivo de los mecanismos de la reacción en tándem es crucial para guiar el diseño racional de catalizadores avanzados y sistemas de reactores que aborden estos retos.
Esta revisión ofrece una perspectiva vanguardista de los avances recientes en la tecnología ECR en tándem (T-ECR), destacando el diseño racional de catalizadores multifuncionales nanoestructurados en configuraciones en tándem, a la vez que se analizan las estrategias de optimización tanto para las vías electrocatalíticas en tándem como para la ingeniería de reactores en cascada.
Chinese Journal of Catalysis
Esta revisión elucida sistemáticamente los principios fundamentales de la catálisis en tándem, presentando estrategias de diseño de catalizadores multifuncionales o reactores en cascada para lograr el acoplamiento jerárquico de reacciones. A continuación, se examinan críticamente los avances más recientes en las metodologías tándem multiescala: (1) A microescala, se diseccionan las interacciones sinérgicas entre distintos sitios activos dentro de catalizadores multifuncionales, haciendo hincapié en la ingeniería composicional precisa para optimizar la transferencia de electrones/protones y el transporte intermedio para mejorar la selectividad del producto C2+ . (2) A mesoescala, se analizan los catalizadores compuestos personalizados con vías de reacción orquestadas espacialmente, centrándose especialmente en la modulación hidrodinámica a través de conjuntos de electrodos en tándem. (3) A macroescala, se diseñan de forma innovadora arquitecturas de reactores en cascada, integrando la optimización a nivel de sistema de configuraciones de catalizadores con la electrólisis de CO2 a escala industrial para maximizar la eficiencia global de la conversión.
La sección final destaca las metodologías pioneras que combinan la espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) operando, la microscopía de barrido en túnel (STM) y los cálculos teóricos asistidos por aprendizaje automático. Este enfoque multidisciplinar aclara los mecanismos de los ciclos catalíticos en tándem, establece una base de datos dinámica de vías de reacción para la predicción de la viabilidad de las reacciones y acelera el descubrimiento de catalizadores de alto rendimiento, avanzando así hacia la aplicación práctica de la tecnología T-ECR.
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