谢毅/罗奇鸣/高山/詹孝文Nature子刊:Operando光谱+DFT计算,探究Cu(Tpy)2上电催化CO2转化机理 2022年11月4日 上午12:19 • 顶刊 • 阅读 24 本文通过operando拉曼/FT-IR光谱以及密度泛函理论(DFT)计算来阐明CO2RR过程的反应途径和实时分子结构演变 利用可再生电力驱动的CO2电化学还原(CO2RR)是将CO2转化为有价值的燃料和原料的一种有前景的方法。然而,高效CO2还原反应电催化剂的合理设计仍然受到机理认识不足的严重阻碍。 基于此,中国科学技术大学谢毅和罗奇鸣、安徽大学高山和詹孝文等将一种研究较少的bis-tpy{[Cu(Tpy)2]Cl2•xH2O}配合物(其中tpy = 4-(4-甲基苯基)-2,2:6,2-三联吡啶)作为模型催化剂(以下简称Cu(Tpy)2),通过operando拉曼/FT-IR光谱以及密度泛函理论(DFT)计算来阐明CO2RR过程的反应途径和实时分子结构演变。 研究人员首先合成了Cu(Tpy)2配合物,并将其固定在Ketjen炭黑(KB)(Cu(Tpy)2-KB)上,随后再在玻碳(GC)电极上滴涂Cu(Tpy)2-KB。得到的Cu(Tpy)2-kB@GC表现出99.5%的高CO选择性,在-0.6 VRHE下稳定80小时,并且其还表现出异常高的转换效率(TOF),超过大多数先进的催化剂。 此外,结合operando光谱实验和理论计算的结果,研究人员首次揭示了电催化CO2RR过程中活性位点转移的接力棒式机制。 具体而言,第一个质子化步骤涉及在N位点上形成*COOH之前破坏Cu-N键,紧接着在中央N活性位点发生*COOH的第二个质子化步骤,随后发生N-to-Cu活性位点转移使得在Cu位点上形成*CO。 这种独特的活性位点转移使得在Cu位(0.18 eV)上形成*CO的能垒明显低于中心N位(1.27 eV),导致随后的低能垒CO解吸(-0.13 eV)和催化剂回收成为可能,这也解释了为什么Cu(Tpy)2-KB@GC具有高的CO选择性和催化耐久性。综上,该项研究提出的方法和结果有望加速该领域的机理研究,并为合理设计开发新一代电催化剂提供了指导。 Mechanistic Insights into CO2 Conversion Chemistry of Copper Bis-(terpyridine) Molecular Electrocatalyst using Accessible Operando Spectrochemistry. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33689-9 原创文章,作者:华算老司机,如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2022/11/04/a91e909efc/ Nature子刊中科大催化安徽大学谢毅 赞 (0) 0 生成海报 微信扫码分享 相关推荐 河南大学JMCA:双功能1D分层MnO@CNT@Co-N/C用于可充电锌-空气电池 2023年10月10日 董帆/赵小丽ACS Catalysis:调控In2O3上氧空位浓度,实现高效电催化CO2还原为甲酸盐 2023年10月9日 北化工冯俊婷Angew.: LDH上三反应耦合,协同促进碳负排放制氢过程 2023年10月13日 北京科技大学连芳AFM:“盐中聚合物”固体电解质新进展 2023年10月30日 北理陈人杰/李丽AM:新型电解液添加剂实现无枝晶水系锌电池! 2023年10月9日 Matter:通过TEM洞察烧结温度对LLZO-NCM复合正极的影响 2023年10月5日