eletro simultaneo

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1201 (2023) Citar este artigo

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As nanopartículas de Cu (NPs) demonstraram ser excelentes eletrocatalisadores, particularmente para redução de CO2 - uma reação crítica para sequestrar carbono atmosférico antropogênico. Aqui, a microinterface entre duas soluções eletrolíticas imiscíveis (ITIES) é explorada para a eletropolimerização simultânea de 2,2':5',2''-tertiofeno (TT) e redução de Cu2+ a nanopartículas de Cu (NPs) gerando um eletrocatalítico flexível material de eletrodo composto. TT atua como um doador de elétrons em 1,2-dicloroetano (DCE) através da transferência heterogênea de elétrons através da interface água|DCE (w|DCE) para CuSO4 dissolvido em água. O processo de formação do nanocompósito foi sondado usando voltametria cíclica, bem como espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Dados de CV e EIS mostram que o filme se forma rapidamente; no entanto, a reação interfacial não é espontânea e não ocorre sem um potencial aplicado. Em alta [TT], a onda heterogênea de transferência de elétrons foi registrada voltametricamente, mas não em baixa [TT]. No entanto, sondar a borda da janela de potencial polarizável foi considerado suficiente para iniciar a eletrogeração/eletropolimerização. SEM e TEM foram usados ​​para gerar imagens e analisar os compósitos Cu NP/poli-TT finais e descobriu-se que há uma diminuição concomitante no tamanho de NP com o aumento de [TT]. Os resultados preliminares da eletrocatálise em um grande eletrodo de carbono vítreo modificado com nanocompósito observaram um aumento > 2 × nas correntes de redução de CO2 em comparação com um eletrodo não modificado. Esses dados sugerem que essa estratégia é um meio promissor de geração de materiais eletrocatalíticos para captura de carbono. No entanto, os filmes eletrosintetizados em um micro e ~ 1 mm ITIES demonstraram baixa capacidade de reutilização.

Devido à sua flexibilidade1,2,3 e biocompatibilidade4, os filmes finos poliméricos condutores tiveram um aumento significativo no uso e no interesse. Motivados para reduzir o custo de produção, métodos de preparação menos dispendiosos e envolventes estão sendo buscados. Por exemplo, muitos métodos de polimerização geram materiais de peso molecular médio relativamente alto que são robustos; no entanto, requerem eletrodeposição em um ânodo5, muitas vezes ligando o polímero à superfície do eletrodo, ou usam métodos volumosos especializados, como eletrofiação6. No caso do primeiro, isso provavelmente elimina a possibilidade de obter um filme autônomo/eletrodo de polímero condutor, pois o polímero é difícil de liberar do ânodo e, portanto, pode limitar o tipo de aplicações.

Enquanto isso, as nanopartículas metálicas (NPs) formam a base de inúmeras plataformas analíticas e eletrocatalíticas7,8,9; particularmente NPs à base de cobre (Cu) que são eficazes em catalisar a redução de CO210,11,12,13. Muitos métodos de preparação de NP de metal surgiram; no entanto, o método Brust-Schiffrin, descrito pela primeira vez em 199414,15, gerou reprodutivelmente Au NPs de baixa dispersão explorando a interface entre duas soluções eletrolíticas imiscíveis (ITIES), ou seja, a interface líquido|líquido. De fato, o ITIES recentemente teve atividade crescente na síntese sem eletrodo de NPs metálicos15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27 e filmes de polímeros condutores4,28,29 ,30,31,32,33,34,35,36. Inicialmente, os esforços foram concentrados na interface imiscível água|óleo (s|o)4,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36; no entanto, estes recentemente se expandiram para os líquidos iônicos de água (w|IL)21,22,23,24,25,26 e líquidos iônicos de óleo (o|IL)20. Em uma configuração simples de 2 eletrodos com um eletrodo imerso em cada fase, a diferença de potencial de Galvani pode ser controlada externamente por meio de um potenciostato com a queda de potencial abrangendo 1–4 nm através do ITIES, ϕw – ϕo = \(\Delta_{o} ^{w} \phi\)8,37.

Johans et al.38 foram os primeiros a descrever uma solução analítica para nucleação de NPs metálicas na interface líquido|líquido. Em seu trabalho, eles enfatizaram a ausência de locais de defeitos que são comuns em uma interface sólido/solução; assim, há uma grande barreira termodinâmica para a formação de partículas em ITIES. No entanto, eles38 e outros8,15,16,17,18,20,23,24,27,28,39,40 foram capazes de demonstrar experimentalmente a nucleação de NPs metálicos controlados eletroquimicamente em interfaces w|o. Curiosamente, o grupo de Nishi sugeriu que a estrutura molecular da interface líquido|líquido é transcrita para a estrutura NP22. Eles demonstraram recentemente que a interface w|IL desempenhou um papel importante mecanisticamente na formação de nanoestruturas. Seu IL foi modificado com um grupo funcional ferroceno (Fc) tornando-o redox ativo e foi explorado na formação de matrizes de nanofibras de Pd22.