將CO2電化學(xué)轉(zhuǎn)化為各種碳?xì)浠衔锸抢煤蛢?chǔ)存可再生電力的最有效方法之一。在CO2還原產(chǎn)物中，C2+碳?xì)浠衔?乙烯、乙醇、乙酸和正丙醇)具有高的能量密度，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高于C1同類產(chǎn)品。然而，C-C偶聯(lián)步驟緩慢的動(dòng)力學(xué)及C-C鍵的形成與C-H和C-O鍵的形成競(jìng)爭(zhēng)使得多碳產(chǎn)物難以生成，阻礙了CO2轉(zhuǎn)化為C2+烴在商業(yè)電解槽中的實(shí)際應(yīng)用。
基于此，中山大學(xué)廖培欽課題組報(bào)道了一種穩(wěn)定且低成本的金屬-唑化物骨架催化劑，即[Cu3(μ3-OH)(μ3-trz)3(OH)2(H2O)4](Cutrz, Htrz = 1, 2, 4-三唑)，其中環(huán)狀三核簇{Cu3(μ3-OH)(μ3-trz)3}2+作為電催化劑，用于將CO2高效和選擇性電還原為C2+烴。將Cutrz在CO2飽和的0.1 M KHCO3電解質(zhì)中進(jìn)行CO2RR測(cè)試，其在-1.2 VRHE時(shí)高選擇性的將CO2電還原為C2+產(chǎn)物(FE = 80.5(10)%)(C2H4(FE = 50.6(5)%)、正丙醇(FE = 8.0(1)%)，乙醇(FE = 19.7(3)%)和乙酸(FE = 2.2(1)%))。此外，將Cutrz在-1.2 V下進(jìn)行連續(xù)電還原80小時(shí)，其電化學(xué)CO2RR性能幾乎保持不變，表明其具有出色的穩(wěn)定性(FE輕微的下降可能歸因于催化劑從電極上的少量脫落)。機(jī)理研究結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)雙核活性位點(diǎn)相比，催化劑高的性能可能歸因于三種*CO物質(zhì)可以同時(shí)吸附在三個(gè)緊密相鄰的銅離子活性位點(diǎn)的同一側(cè)，從而導(dǎo)致更高的*CO覆蓋率，可以減少C-C二聚化的能壘。這項(xiàng)工作可以為設(shè)計(jì)用于將CO2轉(zhuǎn)化為高價(jià)值C2+烴的低成本和穩(wěn)定的電催化劑提供指導(dǎo)。A Stable and Low-Cost Metal-Azolate Framework with Cyclic Tricopper Active Sites for Highly Selective CO2 Electroreduction to C2+ Products. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c01681
