Chem. Asian J. :具有环四铜(I)簇的稳定的金属氮化框架用于高选择性电还原CO2生成C2产物

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通过电催化CO2还原反应(eCO2RR)来制备高附加值碳化学品,可有效缓解大气中日益增加的CO2浓度、促进能源和环境可持续发展,有利于实现整个碳循环。由于铜与*CO等中间体的比结合能,铜基电催化剂作为C-C偶联制备乙烯、乙醇等具有较高经济价值的化工原料的有前景的候选催化剂受到了广泛的关注。到目前为止,电催化CO2还原主要生成CO、HCOOH和CH4等C1产物,将CO2还原生成如 C2H4、C2H5OH和CH3COOH等C2产物的研究还处于初级阶段。由于CO2还原生成C2产物的过程中会形成各种中间体,并且通常会伴随C1化合物的形成,不利于提高C2产物的选择性。因此,在eCO2RR过程中实现对C2物种的高选择性生产仍然具有挑战性。


目前已报道的一些纳米结构电催化剂在eCO2RR生成C2产物方面取得了显著进展,但由于材料缺乏准确的结构信息,难以揭示活性来源和优化电催化性能。因此需要构建具有精确结构和组成的电催化剂,从而准确地定位活性位点并提高电催化CO2还原反应中C2产物(C2H4、C2H5OH和CH3COOH)的选择性。在已报道的MOFs中,金属氮酸盐骨架(metal-azolate frameworks, MAFs)由于金属离子与五元氮杂环配体之间存在较强的配位,具有显著的化学稳定性,明确的组成和周期性使得人们可将其用于探究构效关系。目前关于MAFs在eCO2RR上的应用研究较少。在这项工作中,我们报道了一种基于四铜(I)簇状结构的金属有机框架,该框架在H-型电池中表现出长期稳定性,并对C2产物具有显著的电还原选择性,最大法拉第效率(FE)为72%,此外在流电池装置中FE(C2)高达46%,电流密度高达 350 mA cm−2,优于大多数铜基电催化剂,如铜衍生物和铜纳米结构材料。重要的是,在350 mA cm-2下连续运行20小时以上,没有观察到明显的材料降解,具有较强的实用性。原位红外光谱分析表明,四铜(I)团簇中相邻Cu(I)离子的协同作用可促进C-C二聚生成C2产物。



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文信息

A Stable Metal-azolate Framework with Cyclic Tetracopper(I) Clusters for Highly Selective Electroreduction of CO2 to C2 Products

Yuan-Yuan Liu, Zhi-Shuo Wang, Prof. Pei-Qin Liao, Prof. Xiao-Ming Chen


Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202200764




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