Nature Commun:Cu的配位聚合物电催化CO2还原制备C2+
纳米技术 纳米 2023-01-31

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通过可再生电能进行电化学CO2还原是实现零碳排放的具有前景的一种途径,根据相关报道人们发现单一位点催化剂能够催化制备多碳产物必不可少的C-C偶联反应步骤,但是相关工作中人们发现单原子位点催化位点在催化反应过程中能够原位转化为金属团簇。

有鉴于此,悉尼大学李逢旺(Fengwang Li)、中国科学技术大学曾杰、耿志刚等报道一种稳定的Cu单原子配位聚合物Cu(OH)BTA,这种聚合物催化剂含有周期性分布的Cu催化活性位点,在500 mA cm-2进行电催化,性能比金属Cu的C2H4选择性提高1.5倍。

本文要点

(1)

通过原位XAS表征、Raman、红外光谱表征技术发现催化剂的结构稳定,在反应过程中催化剂结构没有动态变化。

这种一维Cu(OH)BTA聚合物催化剂的Cu位点与脱质子化1,2,3-苯并三唑配位,并且相邻的Cu之间通过羟基相连。作者通过原位XAS和原位Raman、FT-IR光谱表征,说明这种结构稳定,在电催化过程中结构不会改变。

(2)

通过电化学、动力学同位素效应、理论计算,发现聚合物相邻的Cu具有合适的距离,从而呈现多重位点特点,有助于在决速步骤CO加氢之后生成*OCCHO中间体。在C-C偶联反应过程中,调节生成这种中间体不会引发催化剂结构的改变。使用这种催化剂能够在1 A工业量级电流使用膜电极进行67 h长时间电催化。这种配位聚合物催化剂为发展具有分子尺度稳定性的单原子位点电催化CO2转化催化剂提供帮助。

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参考文献

Yongxiang Liang, Jiankang Zhao, Yu Yang, Sung-Fu Hung, Jun Li, Shuzhen Zhang, Yong Zhao, An Zhang, Cheng Wang, Dominique Appadoo, Lei Zhang, Zhigang Geng, Fengwang Li & Jie Zeng, Stabilizing copper sites in coordination polymers toward efficient electrochemical C-C coupling, Nat Commun 14, 474 (2023)

DOI: 10.1038/s41467-023-35993-4

https://www.nature.com/articles/s41467-023-35993-4


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