Synthesis of Metal Nanoclusters for their Application as Catalysts in the Electrochemical CO2 Reduction

Abstract

[ES] La conversión electroquímica (EC) de CO2 en combustibles y materias primas, la reacción de reducción de CO2 (CO2RR), es una estrategia prometedora para la utilización y valorización de CO2, ya que se lleva a cabo en condiciones moderadas y los parámetros de reacción se pueden controlar fácilmente. En los últimos años, los clústeres metálicos (MNC) se han considerado como catalizadores para EC CO2RR debido a sus características estructurales y propiedades ópticas y catalíticas. En particular, el clúster Au25(SR)18 protegido con ligandos tiolato ha surgido como un modelo de catalizador para la EC CO2RR. Sin embargo, en la mayoría de los estudios, Au25(SR)18 está soportado en negro de carbón, mientras que se deberían desarrollar y comparar varios tipos de soportes de carbón. Al mismo tiempo, la modificación de la superficie del material del sustrato mediante la introducción de heteroátomos puede mejorar eficazmente la estabilidad del catalizador, así como el rendimiento. El foco de este trabajo es utilizar sustratos de grafeno con dopantes químicos (p. ej., S, N, P) como plataforma de anclaje para probar el efecto sobre el comportamiento electrocatalítico de Au25(SR)18. El objetivo principal de este trabajo es estudiar el efecto del dopaje con heteroátomos sobre el grafeno como material de soporte para electrocatalizadores basados en MNCs.

[EN] The electrochemical (EC) conversion of CO2 to fuels and feedstocks¿the CO2 reduction reaction (CO2RR)¿is a promising strategy for CO2 utilization and valorization since it takes place under mild conditions and the reaction parameters can be easily controlled. In recent years, metal nanoclusters (MNCs) have been considered as catalysts for EC CO2RR due to their unique electronic structure, surface valence states, and optical and catalytic properties. In particular, the well-known thiolate-protected Au25(SR)18 has emerged as a model EC CO2RR catalyst. However, in most of the studies, Au25(SR)18 is supported by carbon black, while varied types of carbon supports should be developed and compared. At the same time, modifying the surface of the substrate material by introducing heteroatoms may effectively improve catalyst stability, as well as performance. The focus of this work is to use graphene substrates with chemical dopants (e.g., S, N, P) as an anchoring platform to probe the effect on Au25(SR)18 electrocatalytic behavior. The main objective of this work is to study the effect of heteroatom doping on graphene as support material for MNCs electrocatalysts.