Vereinheitlichtes mechanistisches Verständnis der CO2-Reduktion zu CO an Übergangsmetall- und Einzelatomkatalysatoren
CO ist zwar das einfachste Produkt der CO2-Elektroreduktion (CO2R), aber die Identität und die Art des geschwindigkeitsbeschränkenden Schritts bleiben umstritten. In ihrem in Nature Catalysis publizierten Artikel „Vereinheitlichtes mechanistisches Verständnis der CO2-Reduktion zu CO an Übergangsmetall- und Einzelatomkatalysatoren“ untersuchen sechs Forscher aus Lungby (Dänemark) und Berlin die Aktivität von Übergangsmetallen (TMs), Metall-Stickstoff-dotierten Kohlenstoff-Katalysatoren (MNCs) und einem Phthalocyanin auf einem Träger, und präsentieren ein einheitliches mechanistisches Bild der CO2R zu CO für diese Katalysatoren.
Unter Anwendung des Newns-Andersen-Modells stellten sie fest, dass der Elektronentransfer zu CO2 bei MNCs wie bei TMs einfach ist. Und weiter, dass die CO2-Adsorption im Allgemeinen auf TMs limitierend ist, während MNCs entweder durch CO2-Adsorption oder durch die Protonen-Elektronen-Transfer-Reaktion zur Bildung von COOH limitiert werden können. Sie bewerten diese berechneten Mechanismen anhand von pH-abhängigen experimentellen Aktivitätsmessungen der CO2R-zu-CO-Aktivität und stellen einen einheitlichen Aktivitätsvulkan vor, der die entscheidenden CO2– und COOH-Bindungsstärken beinhaltet. Schließlich zeigen die Autoren, dass die erhöhte Aktivität von MNC-Katalysatoren auf die Stabilisierung größerer Adsorbat-Dipole zurückzuführen ist, die sich aus ihren diskreten und engen d-Zuständen ergeben.
->Quelle: Sudarshan Vijay, Wen Ju, Sven Brückner, Sze-Chun Tsang, Peter Strasser & Karen Chan: Unified mechanistic understanding of CO2 reduction to CO on transition metal and single atom catalysts, in: Nature Catalysis volume 4, pages 1024–1031 (2021) – nature.com/s41929-021-00705