Efecto de la relación atómica Cu:Pt en catalizadores para la reducción electroquímica de CO2

Abstract

En los últimos años, la reducción de CO2 por vía electroquímica ha emergido como una estrategia para la obtención de compuestos de alto valor añadido (alcoholes o hidrocarburos) con aplicaciones energéticas o como moléculas plataforma para la síntesis de otros productos químicos. Si bien el CO2 es una fuente de carbono abundante, la alta estabilidad de este compuesto dificulta su conversión en otros productos, ya que implica un aporte de energía significativo. Además, la reacción de electro-reducción de CO2 (CO2RR) tiene lugar a partir de un mecanismo de reacción complejo con diferentes rutas paralelas y con múltiples etapas de transferencia de electrones. En este contexto, la utilización de catalizadores activos y selectivos que aumenten la eficiencia de la reacción y modulen la formación del producto deseado resulta primordial. Los sistemas catalíticos basados en cobre han atraído mucha atención por su tendencia única a producir hidrocarburos y alcoholes, aunque requieren de altos sobrepotenciales para activar la molécula de CO2. Una solución prometedora es el uso de catalizadores bimetálicos entre este elemento y un metal noble (Pt), de forma que el Cu regule la selectividad y el Pt reduzca el sobrepotencial. En este trabajo se estudia el efecto del ratio atómico Cu:Pt en el comportamiento electroquímico para la CO2RR de catalizadores bimetálicos soportados sobre negro de carbono (CuPt/C, 20 % de cobre en peso). La síntesis consistió en la preparación de nanopartículas de Cu/C por impregnación y reducción con NaBH4. Posteriormente, el Pt se incorporó mediante desplazamiento galvánico, generando partículas bimetálicas CuPt/C [1]. Los electrocatalizadores CuPt/C fueron analizados mediante diversas técnicas (XRD, ICP, TEM), confirmando cargas metálicas similares a las nominales, así como la correcta deposición de las nanopartículas en la superficie del material carbonoso. Por otro lado, la actividad de los catalizadores hacia la CO2RR se evaluó por voltamperometría cíclica y cronoamperometría en una celda electroquímica de tres electrodos usando una disolución acuosa de KHCO3 0,1 M como electrolito [2]. Los experimentos demostraron la adecuada actividad para la reducción de CO2 de todos los catalizadores sintetizados. Además, mediante la realización de estudios de adsorción y oxidación de CO y CO2 reducido a diferentes potenciales, se analizó la naturaleza de las especies que intervienen en la CO2RR. A mayor presencia de Pt, los catalizadores presentaron una mayor actividad para la evolución de hidrógeno y para la adsorción de especies derivadas de la reducción de CO2 (CO), mientras que la formación de formiato a partir de la CO2RR fue más favorable en fracciones atómicas Cu:Pt de 95:5 y 95:10.