陈小明院士/廖培钦Angew：MOF助力捕获CO2并电还原

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陈小明院士/廖培钦Angew：MOF助力捕获CO2并电还原
将烟气中的CO2捕获能力和电化学CO2还原反应（eCO2RR）活性位点整合到催化剂中是一种有效的碳中和策略，但难度很大。结合混合气体突破实验和eCO2RR实验，中山大学陈小明院士和廖培钦教授等人报道了基于Ag12团簇的金属-有机骨架（1-NH2，又名Ag12bpy-NH2），同时具有CO2捕获位点作为“CO2中继”和eCO2RR活性位点，不仅利用其微孔高效捕获模拟烟气中的CO2，还可以将吸附的CO2的eCO2RR催化成CO，其CO2转化率高达60%。
在模拟烟气下，其eCO2RR性能（在极低的电池电压-2.3 V下，商用电流密度为120 mA cm-2，300 h的法拉第效率（FECO）为96%，全电池能量转换效率为56%），接近100% CO2气氛下的eCO2RR性能，高于所有报道的在100% CO2气氛下的高电位催化剂的eCO2RR性能。
陈小明院士/廖培钦Angew：MOF助力捕获CO2并电还原
通过operando ATR-FTIR，作者研究了电解过程中产生的中间体。对于1-NH2，随着电解时间的增加，在2330和2360 cm-1处出现了两条较弱的谱带，可归属于气态CO2。同时，在1172和1396 cm-1处的两个吸收峰可分配给关键中间体*COOH，对于还原CO2生成CO至关重要。
对于1和1-CH3，1396 cm-1处的波段强度随着电解时间的增加而增加，表明*COOH中间体的形成。结果表明，三种催化剂催化的eCO2RR所涉及的关键中间体相同。
陈小明院士/廖培钦Angew：MOF助力捕获CO2并电还原
通过DFT计算，作者揭示了CO2向*COOH和*CO中间体的转变。*COOH和*CO中间体对1，1-CH3和1-NH2的吸附能几乎相同，说明这些MOFs中eCO2RR活性位点的活性相同。这些MOFs具有相同的催化活性位点Ag12，并且1-NH2中胺基与*COOH中间体之间的距离过长，难以形成有效的氢键。因此，1-NH2的eCO2RR性能远好于1和1-CH3，应该与eCO2RR能否大量发生在孔表面有关，而不是与eCO2RR活性位点的催化活性有关。
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Simultaneous Capture of CO2 Boosting Its Electroreduction in the Micropores of a Metal-organic Framework. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202311265.
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