La conversione della CO₂ in prodotti mono- o multicarboniosi ad alto valore aggiunto rappresenta un ambito di ricerca particolarmente promettente per ottenere emissioni negative di CO₂ e, al contempo, sfruttare la CO₂ come materia prima a base di carbonio. La reazione di riduzione della CO₂ (CO₂RR) alimentata da elettricità proveniente da fonti rinnovabili offre una soluzione efficace per il suo utilizzo. I reattori per CO₂RR basati su elettrodi a diffusione di gas (Gas Diffusion Electrodes, GDE) aumentano significativamente la densità di corrente fino a livelli rilevanti per applicazioni commerciali, grazie a strati di trasporto di massa più sottili che superano i limiti di diffusione tipici dei sistemi acquosi. Tuttavia, ottenere GDE altamente stabili rimane una sfida, soprattutto in condizioni operative ad alta densità di corrente, a causa dell’allagamento dell’elettrolita conseguente alla perdita di idrofobicità. Di conseguenza, il GDE rappresenta l’elemento chiave per la fattibilità tecnologica della CO₂RR, ma il miglioramento delle sue prestazioni è fondamentale. Ciò che distingue questa proposta dalle ricerche precedenti è l’obiettivo di dimostrare un approccio innovativo per rinforzare la struttura dei GDE a base di rame attraverso la formazione di strutture bimetalliche che sfruttano l’effetto tandem senza l’impiego di metalli preziosi, migliorando così la selettività verso i prodotti a due atomi di carbonio (C₂). Si prevede un miglioramento delle prestazioni e della selettività verso i prodotti C₂ grazie alla formazione, per la prima volta, di eterostrutture Cu-W (rame-tungsteno) prive di metalli nobili. Queste strutture generano siti di reazione eteroatomici tra gli atomi di tungsteno (W), caratterizzati da elevata affinità per l’ossigeno, e gli atomi di rame (Cu), riducendo l’energia di legame del monossido di carbonio adsorbito (CO). Allo stesso tempo, l’allagamento dell’elettrodo viene minimizzato grazie alla topologia superficiale idrofobica ottenuta. Questa particolare topologia superficiale conferisce al GDE un’elevata area superficiale e un’adeguata idrofobicità, consentendo la formazione di un’interfaccia stabile tra elettrodo ed elettrolita. Tale configurazione non solo permette di intrappolare una maggiore quantità di CO₂ lungo la superficie gerarchica Cu-W, che funge da insieme di siti attivi tandem, ma previene efficacemente l’allagamento dell’elettrolita anche a elevati tassi di funzionamento. 

I risultati attesi del progetto FOTOCER contribuiscono allo sviluppo di tecnologie industriali all’avanguardia per la conversione della CO₂ in prodotti utili C₂+, essenziali per il raggiungimento degli obiettivi ambientali dell’Unione Europea con costi di ampliamento su scala industriale sostenibili.