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Nature子刊:Au-活化MOFs助力稳定CO2电还原生成乙烯2022-02-16

由于导电性差、稳定性差和限制的>2e产物等问题,直接实现金属有机骨架(MOFs)作为CO2电还原催化剂一直具有挑战性。

基于此,苏州大学彭扬教授和程涛教授、美国加州理工学院William A. Goddard III(共同通讯作者)等人报道了通过利用配体羧酸盐作为Au3+还原剂,同时切割配体节点键,将Au纳米针浸渍到具有孤立的铜卟啉中心的锆基PCN-222 MOF中,以评估其作为CO2RR催化剂的性能。

作者利用嵌入的Au作为一种高效的CO生成器,并利用金属卟啉中的Cu-N4活性位点将CO转变成具有高选择性的>2e烃产物。为了进行对照实验研究,作者还合成了相同的PCN-222 MOFs,其中Au纳米颗粒沉积在表面外部,以及没有Au和Cu基序的MOFs,以探究相关的反应机制。

研究发现,尽管拥有不连贯的骨架,但是Au浸渍的MOF以高选择性产生乙烯,并且法拉第效率(FE)高达52.5%,在文献报道的MOF中排名最佳。

结合operando同步加速器X射线光谱、原位IR和密度泛函理论(DFT)计算,作者将C-C耦合归因于串联机制,其中由浸渍的Au纳米针产生的CO在Au激活的N位点加成到*CHO上,并且改善了绕过非共格骨架的改变的电荷传导路径的结构和催化稳定性。该研究强调了金属浸渍对网状金属卟啉结构的调节,以指导CO2还原反应途径。

Au-activated N motifs in non-coherent cupric porphyrin metal organic frameworks for promoting and stabilizing ethylene production. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202111615.

https://doi.org/10.1002/adfm.202111615.

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