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Halogen-Axially Coordinated Cu–N4 Single-Atom catalyst as a Self-Standing Electrode for Scalable CO2 Reduction Reaction

Descrizione del progetto

Riduzione efficiente delle emissioni di CO₂ per un’economia circolare

Convertire l’anidride carbonica catturata in sostanze chimiche e combustibili ad alto valore è una strada promettente per ridurre le emissioni di gas serra, nonché un passo avanti verso un’economia circolare del carbonio più sostenibile. Partendo da questo presupposto, il progetto CuCATCO2, finanziato dall’UE, svilupperà elettrodi avanzati autosufficienti che combinano catalizzatori a singolo atomo di rame coordinato con alogeni e strutture portanti in nanotubi di carbonio conduttivi per migliorare la conversione elettrochimica della CO₂ in prodotti multi-carbonio rilevanti. L’obiettivo generale è superare i limiti principali dei sistemi convenzionali a base di rame e dimostrare una riduzione della CO₂ scalabile e ad alte prestazioni in condizioni operative rilevanti per l’industria.

Obiettivo

Electrochemical CO2 reduction (CO2RR) utilizing self-standing electrodes with copper single-atom catalysts (Cu–N₄) axially coordinated with halogens (Cl/F) integrated into carbon nanotube (CNT) scaffolds exemplifies a cutting-edge method for scalable CO2 valorization. Axial halogen ligation alters the d-band configuration of the copper center, stabilizing *COOH/*CO intermediates and reducing the C–C coupling barrier, thus improving selectivity for C2⁺ products. The CNT backbone provides a binder-free, porous, and conductive structure that facilitates swift electron transfer, effective CO2 diffusion, and mechanical stability during high-current operation. This approach addresses the significant limitations of traditional Cu catalysts, specifically inadequate durability, nanoparticle agglomeration, and restricted multi-carbon selectivity, while facilitating flow-cell testing under conditions relevant to industrial applications. The integrated electrode achieves current densities exceeding 200 mA cm⁻², with Faradaic efficiencies surpassing 70% for C2⁺ species (ethylene, ethanol, acetate). It demonstrates stability for over 50 hours of continuous operation, parameters that exceed the majority of documented Cu-N₄ benchmarks. This performance showcases both the structural integrity of halogen-coordinated Cu single atoms under cathodic polarization and their capacity to bridge fundamental catalysis with practical applications in sustainable CO2 utilization.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-WIDERA-2025-TALENTS-01

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Coordinatore

VYSOKA SKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKA V PRAZE
Contributo netto dell'UE
€ 207 758,16
Indirizzo
TECHNICKA 5
166 28 PRAHA
Cechia
Regione
Česko Praha Hlavní město Praha
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato