ACS Catal：Cu-MOF配位环境对CO2电化学还原的影响

纳米技术

2022-02-16

解释催化反应活性中心中金属离子的配位环境的微弱变化对于CO₂电催化反应产物选择性的影响非常关键。

有鉴于此，中山大学廖培钦等报道两种MOF骨架结构（别含有四方锥结构的CuO₅和平面结构CuO₄金属节点）对电催化CO₂还原反应性质的影响。

本文要点：

（1）

通过催化活性表征，发现含有CuO₅结构和邻苯二酚衍生配体构建Cu-DBC（H₈DBC=dibenzo-[g,p]chrysene-2,3,6,7,10,11,14,15-octaol），在电催化CO₂还原为CH₄的反应中，在-1.4 V过电势和11.4 mA cm^-2电流密度实现了56 %的法拉第效率。含有CuO₄的Cu-HHTP（HHTP = 2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene）和Cu-THQ（THQ = tetrahydroxy-1,4-quinone）在电催化CO₂还原反应中只生成CO作为唯一产物。

（2）

通过DFT计算和Cu L-edgeX射线吸收，发现CuO₅结构中的d带位置能级（d_z², d_xz, and d_yz）比CuO₄结构中的能量更高，因此CuO₅结构的MOF能够与CO*中间体产生更强的吸附作用，促进*CO中间体加氢生成*CHO，得以促进生成CH₄而不是CO。

本文研究有助于理解Cu基电催化剂在CO₂电催化还原反应中生成烃类产物的机理。

参考文献

Yuan-Yuan Liu, Hao-Lin Zhu, Zhen-Hua Zhao, Ning-Yu Huang, Pei-Qin Liao*, and Xiao-Ming Chen,Insight into the Effect of the d-Orbital Energy of Copper Ions in Metal–Organic Frameworks on the Selectivity of Electroreduction of CO₂ to CH₄, ACS Catal. 2022, 12, 2749–2755

DOI: 10.1021/acscatal.1c04805

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c04805