Análise de GDE de Cobre in situ por SERS

A eletroredução de CO₂ em produtos de valor agregado é uma estratégia promissora para reduzir as concentrações desse gás na atmosfera e promover a sustentabilidade. Estudos recentes têm focado em eletrocatalisadores de cobre (Cu) em Eletrodos de Difusão de Gás (GDE), que facilitam reações eletroquímicas envolvendo gases. Os GDEs possuem uma estrutura porosa e hidrofóbica que permite a difusão de gás até a interface com o eletrólito, aprimorando a eficiência e controle da reação.

Um estudo recente sintetizou e caracterizou GDEs de Cu, utilizando Espectroscopia Raman in situ para monitorar o estado de oxidação do Cu durante a reação. Utilizando o Microscópio Raman Confocal Invertido RMP-510 da Jasco com laser He/Ne (532 nm), os autores observaram que o CuO, em circuito aberto (OCP), apresentou picos Raman característicos. Com a aplicação de potenciais específicos, houve alteração na intensidade dos picos, indicando a redução do Cu(II) para Cu(I), com a presença de óxidos mesmo em potenciais mais elevados (Figura 1).

Compreender o estado de oxidação do cobre (Cu) nos potenciais aplicados no sistema é crucial para explicar a seletividade dos produtos da reação em relação ao potencial utilizado. Por exemplo, o Cu metálico (estado de oxidação 0) favorece a formação de produtos de carbono simples, como o monóxido de carbono (CO). Em contrapartida, os estados de oxidação Cu(I) e Cu(II) contribuem para a formação de produtos de cadeia mais longa (C₂⁺), como etileno e etanol.

Figura 1: Espectroscopia Raman in situ monitorando os processos de pré-redução em vários potenciais aplicados em 1 M KHCO₃ a 298 K. SHE significa eletrodo padrão de hidrogênio

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Referência:

LU, X.; GANKHUYAG, T.; OBATA, K.; YU, Y.; TAKANABE, K. Selectivity control by modifying pressure, temperature, and ionomer decoration for CO₂ electroreduction using gas-diffusion Cu electrodes. Chem Catalysis 4, 101030, July 18, 2024