化学所Angew：TEMPOL调控自旋增强CO2电催化

纳米技术

2024-05-07

CO₂还原生成多碳产物的选择性与相邻催化活性位点之间自旋结构的排列情况有关，通常自旋催化剂需要相邻位点能够进行自旋相反的方式进行电子转移。

有鉴于此，中国科学院化学所王德先、张闯、盛桦等报道含有自由基的自旋催化剂TEMPOL@HKUST-1在CO₂电催化还原反应中表现增强的C-C偶联。

主要内容

（1）

TEMPOL@HKUST-1催化剂的相邻催化位点含有自旋无序（SDO）相和自旋有序（SO）相，从而在相邻的催化活性位点形成不对称的自旋结构。通过将轴配位H₂O分子替换为TEMPOL自由基，从而在Cu(II)位点之间产生自旋-自旋相互作用并且形成局域自旋有序（SO）相，这与H₂O配位时产生的自旋无序（SDO）不同。

（2）

TEMPOL@HKUST-1催化剂在1.8 V进行电催化还原CO₂的性能比HKUST-1提高2倍，通过原位ATR-SEIRAS表征说明不对称SO/SDO自旋结构显著降低*CO中间体二聚生成乙烯的反应能垒。通过在磁场进行电催化反应，进一步说明这种自旋催化剂的性能得以提高，最大乙烯的选择性达到50 %。通过研究CO₂电催化还原催化剂的自旋动力学有助于发展新型高性能自旋电催化剂。

参考文献

Baipeng Yin, Can Wang, Shijie Xie, Jianmin Gu, Hua Sheng, De-Xian Wang, Jiannian Yao, Chuang Zhang, Regulating Spin Density using TEMPOL Molecules for Enhanced CO₂-to-Ethylene Conversion by HKUST-1 Framework Derived Electrocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202405873

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202405873