Elettronica simultanea

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1201 (2023) Citare questo articolo

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È stato dimostrato che le nanoparticelle di Cu (NP) sono eccellenti elettrocatalizzatori, in particolare per la riduzione della CO2, una reazione fondamentale per sequestrare il carbonio atmosferico di origine antropica. In questo caso, la microinterfaccia tra due soluzioni elettrolitiche immiscibili (ITIES) viene sfruttata per l'elettropolimerizzazione simultanea di 2,2′:5′,2′′-tertiofene (TT) e la riduzione di Cu2+ in nanoparticelle di Cu (NP) generando un elettrocatalitico flessibile materiale composito dell'elettrodo. Il TT agisce come un donatore di elettroni nell'1,2-dicloroetano (DCE) attraverso il trasferimento eterogeneo di elettroni attraverso l'interfaccia acqua|DCE (w|DCE) al CuSO4 disciolto in acqua. Il processo di formazione dei nanocompositi è stato analizzato utilizzando la voltammetria ciclica e la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). I dati CV e EIS mostrano che il film si forma rapidamente; tuttavia, la reazione interfacciale non è spontanea e non procede senza un potenziale applicato. Ad alto [TT] l'onda eterogenea di trasferimento di elettroni è stata registrata voltammetricamente ma non a basso [TT]. Tuttavia, è stato riscontrato che sondare il bordo della finestra del potenziale polarizzabile è sufficiente per avviare l'elettrogenerazione/elettropolimerizzazione. SEM e TEM sono stati utilizzati per visualizzare e analizzare i compositi Cu NP/poli-TT finali e si è scoperto che vi è una diminuzione concomitante delle dimensioni NP con l'aumento di [TT]. I risultati preliminari dell’elettrocatalisi su un elettrodo di carbonio vetroso di grandi dimensioni modificato con nanocomposito hanno visto un aumento > 2 volte delle correnti di riduzione della CO2 rispetto a un elettrodo non modificato. Questi dati suggeriscono che questa strategia è un mezzo promettente per generare materiali elettrocatalitici per la cattura del carbonio. Tuttavia, i film elettrosintetizzati a un ITIES di micro e ~ 1 mm hanno dimostrato una scarsa riutilizzabilità.

Grazie alla loro flessibilità1,2,3 e biocompatibilità4, i film sottili polimerici conduttivi hanno visto un aumento significativo nell'utilizzo e nell'interesse. Motivati ​​dalla riduzione dei costi di produzione, si stanno ricercando metodi di preparazione meno costosi e complessi. Ad esempio, molti metodi di polimerizzazione generano materiali con peso molecolare medio relativamente elevato che sono robusti; tuttavia, richiedono l'elettrodeposizione su un anodo5, spesso legando il polimero alla superficie dell'elettrodo, oppure utilizzano metodi voluminosi specializzati come l'elettrofilatura6. Nel primo caso, ciò probabilmente elimina la possibilità di ottenere un elettrodo a film/polimero conduttivo indipendente poiché il polimero è difficile da liberare dall'anodo e quindi può limitare il tipo di applicazioni.

Nel frattempo, le nanoparticelle metalliche (NP) costituiscono la base di numerose piattaforme analitiche ed elettrocatalitiche7,8,9; in particolare le NP a base di rame (Cu) che sono efficaci nel catalizzare la riduzione della CO210,11,12,13. Sono emersi molti metodi di preparazione delle NP metalliche; tuttavia, il metodo Brust-Schiffrin, descritto per la prima volta nel 199414,15, generava in modo riproducibile NP Au a bassa dispersione sfruttando l'interfaccia tra due soluzioni elettrolitiche immiscibili (ITIES), ovvero l'interfaccia liquido|liquido. Infatti, l'ITIES è stato recentemente oggetto di crescente attività nella sintesi senza elettrodi sia di NP metalliche15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27 che di film polimerici conduttivi4,28,29 ,30,31,32,33,34,35,36. Inizialmente, gli sforzi si sono concentrati sull'interfaccia immiscibile acqua|olio (w|o)4,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36; tuttavia, questi si sono recentemente estesi a quelli acqua|liquido ionico (w|IL)21,22,23,24,25,26 e olio|liquido ionico (o|IL)20. In una semplice configurazione a 2 elettrodi con un elettrodo immerso in entrambe le fasi, la differenza di potenziale Galvani può essere controllata esternamente tramite un potenziostato con la caduta di potenziale che si estende per 1–4 nm attraverso l'ITIES, ϕw – ϕo = \(\Delta_{o} ^{w} \phi\)8,37.

Johans et al.38 sono stati i primi a descrivere una soluzione analitica per la nucleazione di NP metalliche all'interfaccia liquido|liquido. Nel loro lavoro, hanno sottolineato l'assenza di siti difettosi comuni nell'interfaccia solido/soluzione; quindi, esiste una grande barriera termodinamica alla formazione di particelle presso ITIES. Tuttavia, loro38 e altri8,15,16,17,18,20,23,24,27,28,39,40 sono stati in grado di dimostrare sperimentalmente la nucleazione di NP metalliche controllata elettrochimicamente senza interfacce. È interessante notare che il gruppo di Nishi ha suggerito che la struttura molecolare dell'interfaccia liquido|liquido sia trascritta sulla struttura NP22. Recentemente hanno dimostrato che l'interfaccia w|IL ha svolto un ruolo importante dal punto di vista meccanico nella formazione delle nanostrutture. Il loro IL è stato modificato con un gruppo funzionale ferrocenico (Fc) rendendolo attivo redox ed è stato sfruttato nella formazione di array di nanofibre di Pd22.