Dans le domaine des réactions électrochimiques, en particulier celles impliquant la réduction du dioxyde de carbone (CO₂), les catalyseurs jouent un rôle central en facilitant la conversion de ce gaz à effet de serre en produits précieux. Parmi ces catalyseurs, le cuivre s’impose comme un candidat prometteur en raison de sa forte sélectivité pour la réduction du CO₂. Cependant, pour exploiter tout le potentiel des catalyseurs au cuivre, il faut mieux comprendre comment les atomes voisins dans l'environnement du catalyseur influencent son activité et sa sélectivité.

Des études récentes ont mis en lumière le rôle crucial des atomes voisins dans la modulation des performances des catalyseurs au cuivre pour la réduction du CO₂. Ces atomes voisins peuvent soit améliorer, soit entraver la capacité du catalyseur à provoquer des réactions chimiques spécifiques. Voici comment ils peuvent influencer le processus catalytique :

Réglage du comportement d'adsorption du CO₂ :les atomes voisins peuvent modifier la force de liaison entre la surface du catalyseur et le CO₂, affectant l'adsorption initiale du gaz réactif. En modifiant la structure électronique des atomes de cuivre, les atomes voisins peuvent renforcer ou affaiblir l'adsorption du CO₂, influençant ainsi les voies réactionnelles ultérieures et la distribution du produit.

Moduler les intermédiaires réactionnels :La présence d'atomes voisins peut avoir un impact sur la stabilité et la réactivité des intermédiaires réactionnels formés lors de la réduction du CO₂. Par exemple, les atomes d’azote voisins peuvent stabiliser certains intermédiaires, favorisant ainsi la formation de produits souhaités comme l’éthylène ou l’éthanol. D’un autre côté, les atomes d’oxygène voisins pourraient favoriser la formation de produits moins recherchés, tels que les espèces formiate ou carbonate.

Favoriser le transfert de charge :les atomes voisins peuvent faciliter le transfert d'électrons entre la surface du catalyseur et la molécule de CO₂ adsorbée. Ce transfert de charge est essentiel pour rompre les fortes liaisons carbone-oxygène du CO₂ et lancer le processus de réduction. Les atomes voisins dotés de propriétés électroniques appropriées peuvent améliorer ce transfert de charge, améliorant ainsi l'activité et l'efficacité du catalyseur.

Modification des propriétés de surface du catalyseur :les atomes voisins peuvent modifier les propriétés de surface du catalyseur en cuivre, affectant sa réactivité globale. Par exemple, l'incorporation d'atomes métalliques ou de ligands spécifiques peut introduire des sites actifs supplémentaires ou modifier les propriétés électroniques de la surface, conduisant à une activité et une sélectivité améliorées en matière de réduction du CO₂.

En comprenant les interactions entre les atomes de cuivre et leurs atomes voisins, les chercheurs peuvent concevoir et fabriquer des catalyseurs présentant des performances améliorées pour la réduction électrochimique du CO₂. Ces connaissances permettent le développement de systèmes catalytiques plus efficaces et sélectifs, faisant ainsi progresser les progrès vers l’utilisation du CO₂ comme matière première durable pour la production de carburants et de produits chimiques précieux.