对于工业应用而言,CO2还原反应(CO2RR)被认为是一种实用且具有潜在价值的清洁可再生能源生产方法,其甚至可以在室温和环境压力下进行。考虑到高热力学稳定性、CO2分子的低电子亲和性以及在形成所需产物中的竞争性析氢副反应,迫切需要开发用于CO2RR的高选择性和高效的催化剂。
近日,美国北得克萨斯大学马胜前教授报道了结合多金属氧酸盐(POMs)和卟啉基MOFs的单金属Co催化位点的优势,采用后处理方法合成了一系列混合价POM基MOFs复合材料POM@PCN-222(M)(POM = [CoIIICoII(H2O)W11O39]7−, M = Co, Fe, Mn和 Ni)。
文章要点
1)研究发现,POM@PCN-222(Co)的电催化活性得到了显著提高,这得益于POM向PCN-222(Co)中单金属Co位点的定向电子转移,促进了多电子转移过程。尤其是H-POM@PCN-222(Co)能够选择性地将CO2转化为CO,其法拉第效率高达96.2%,稳定时间超过10 h。
2)密度泛函理论(DFT)计算结果显示,定向电子转移加速了多电子从电极到活性单金属Co位点的转移,丰富了Co位点的电子密度,最终降低了速率决定步骤的能垒,从而提高了CO2还原反应(CO2RR)的催化活性。
这项工作为设计高效的CO2RR电催化剂提供了一些新的思路。
参考文献
Ming-Liang Sun, et al, Efficient Electron Transfer from Electron-Sponge Polyoxometalate to Single-Metal Site Metal–Organic Frameworks for Highly Selective Electroreduction of Carbon Dioxide, Small 2021
DOI: 10.1002/smll.202100762
https://doi.org/10.1002/smll.202100762