Hybrid CoPc/Cu-Based core-shell nanocatalyst for exploring electrocatalytic tandem effect in CO2RR

Paraules clau: CO2RR, electroquímica, electrocatálisis; CO2RR, electrochemistry, electrocatalysis; CO2RR, electroquímica, electrocatàlisi

Títol en diferents idiomes: Nanocatalizador híbrido de núcleo-capa basado en CoPc/Cu para explorar el efecto tándem electrocatalítico en CO2RR; Hybrid CoPc/Cu-Based core-shell nanocatalyst for exploring electrocatalytic tandem effect in CO2RR; Nanocatalitzador híbrid de nucli i closca basat en CoPc/Cu per explorar l'efecte tàndem electrocatalític en CO2RR

Àrees temàtiques: Química; Chemistry; Química

Confidencialitat: No

Curs acadèmic: 2024-2025

Codirector del treball: Bondia Pedra, Joan Marc

Estudiant: Grados Rion, Marta

Aprenentatge Servei: No

Departament: Altres organs de gestió

Drets d'accés: info:eu-repo/semantics/openAccess

Data de la defensa del treball: 2025-07-17

Director del projecte: Palomares Gil, Emilio

Resum: En los últimos años, se ha observado un aumento en la liberación de emisiones de carbono a la atmósfera, lo que ha tenido un impacto directo y drástico en el calentamiento global y los problemas ambientales. Esto ha impulsado a la comunidad científica a acelerar el desarrollo de tecnologías innovadoras para reducir las emisiones de CO2. Dados estos hallazgos, esta investigación se centra en la transformación del CO2 en productos químicos y combustibles sostenibles mediante nanocatalizadores a base de cobre. La propiedad inherente del cobre de absorber intermediarios de CO y promover el acoplamiento C-C para la formación de productos C2+ convierte al cobre en un catalizador único, capaz de producir productos multicarbonados. Sin embargo, los catalizadores a base de cobre presentan una baja selectividad, ya que pueden producir una amplia gama de productos, incluyendo C1 (principalmente CO y HCOO-) y C2+ (especialmente C2H4 y C2H5OH). Una estrategia para aumentar la selectividad consiste en diseñar catalizadores en tándem de doble sitio, donde un cocatalizador selectivo de CO2 a CO suministra moléculas de CO a los sitios de cobre, facilitando así la dimerización C-C. En este contexto, se sintetizó un sistema núcleo-capa que encapsula NC de Cu₂O con un recubrimiento polimérico formado mediante una reacción de clic azida-alquino entre ftalocianina de cobalto (II) tetra-azido sustituida (CoPc), un compuesto reconocido por su alta selectividad hacia la producción de CO, y monómeros sustituidos con alquino. El estudio explora el efecto de un sistema híbrido núcleo-capa basado en CoPc/Cu en la reducción electrocatalítica de CO₂ para su conversión selectiva en productos industriales valiosos, identificando los parámetros que mayor impacto tienen en la selectividad y la actividad.; In recent years, there has been an increase in the release of carbon emissions into the atmosphere, which has led to a direct dramatic impact on global warming and environmental issues. This has pushed the scientific community to accelerate the development of innovative technologies for reducing CO2 emissions. Given these findings, this research focuses on the transformation of CO2 into sustainable chemicals and fuels using copper-based nanocatalysts. The inherent property of copper to absorb CO intermediates and promote the C-C coupling step for the formation of C2+ products makes copper a unique catalyst, capable of producing multi-carbon products. However, the copper-based catalysts exhibit low selectivity, as they can produce a wide range of products, including C1 (mainly CO and HCOO-) and C2+ products (especially C2H4 and C2H5OH). One strategy to boost the selectivity involves designing dual-site tandem catalysts, where a CO2-to-CO selective co-catalyst supplies CO molecules to copper sites, thereby facilitating C-C dimerization. In this context, a core-shell system was synthesized, encapsulating Cu2O NCs with a polymeric coating formed via an azide-alkyne “click’’ reaction between tetra-azido substituted cobalt (II) phthalocyanine (CoPc) – a well-known compound for its high selectivity towards CO production – and alkyne-substituted monomers. The study explores the effect of a hybrid CoPc/Cu-based core-shell system in the electrocatalytic reduction of CO2 for the selective conversion into valuable industrial products, identifying the parameters that have the greatest impact on selectivity and activity.; En els darrers anys, hi ha hagut un augment en l'alliberament d'emissions de carboni a l'atmosfera, cosa que ha comportat un impacte directe i espectacular sobre l'escalfament global i els problemes mediambientals. Això ha impulsat la comunitat científica a accelerar el desenvolupament de tecnologies innovadores per reduir les emissions de CO2. Tenint en compte aquestes troballes, aquesta investigació se centra en la transformació del CO2 en productes químics i combustibles sostenibles mitjançant nanocatalitzadors basats en coure. La propietat inherent del coure d'absorbir intermediaris de CO i promoure el pas d'acoblament C-C per a la formació de productes C2+ fa que el coure sigui un catalitzador únic, capaç de produir productes multicarboni. Tanmateix, els catalitzadors basats en coure presenten una baixa selectivitat, ja que poden produir una àmplia gamma de productes, inclosos productes C1 (principalment CO i HCOO-) i C2+ (especialment C2H4 i C2H5OH). Una estratègia per augmentar la selectivitat implica dissenyar catalitzadors en tàndem de doble lloc, on un cocatalitzador selectiu de CO2 a CO subministra molècules de CO als llocs de coure, facilitant així la dimerització C-C. En aquest context, es va sintetitzar un sistema nucli-escorça, encapsulant NCs de Cu2O amb un recobriment polimèric format mitjançant una reacció de "clic" azida-alquí entre la ftalocianina de cobalt (II) (CoPc) substituïda per tetra-azido, un compost conegut per la seva alta selectivitat envers la producció de CO, i els monòmers substituïts per alquins. L'estudi explora l'efecte d'un sistema nucli-escorça híbrid basat en CoPc/Cu en la reducció electrocatalítica de CO2 per a la conversió selectiva en productes industrials valuosos, identificant els paràmetres que tenen el major impacte en la selectivitat i l'activitat.

Matèria: Electrocatàlisi

Entitat: Universitat Rovira i Virgili (URV)

Idioma: en

Ensenyament(s): Síntesi, Catàlisi i Disseny Molecular

Títol en la llengua original: Hybrid CoPc/Cu-Based core-shell nanocatalyst for exploring electrocatalytic tandem effect in CO2RR

Data d'alta al repositori: 2025-11-26