Development of Crystalline Covalent Triazine Frameworks to Enable In Situ Preparation of Single-Atom Ni–N3–C for Efficient Electrochemical CO2 Reduction

催化作用 材料科学 电化学 三嗪 化学工程 共价键 聚合物 二氧化碳电化学还原 纳米技术 电极 高分子化学 一氧化碳 化学 有机化学 物理化学 工程类 复合材料
作者
Na Yang,Lan Yang,Xiang Zhu,Pei-Qing Zhao,Honglai Liu,Chungu Xia,Sheng Dai,Chengcheng Tian
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (11): 2143-2150 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.2c00336
摘要

The synthesis of highly crystalline covalent triazine frameworks (CTFs) with fully conjugated nitrogen-enriched architectures is a long-term challenging subject. Herein, a solvent- and catalyst-free approach was implemented for the first time to create crystalline CTFs based on a new trimerization of amidine-type monomers. A highly crystalline triazine-linked polymer with a specific surface area of 255 m2 g–1 was achieved, whereas additional aldehydes were no longer required. Furthermore, an in situ transformation strategy was developed by exploring a molten salt (ZnCl2) to promote this new condensation, so as to convert as-obtained CTFs into isolated single-atom catalysts (SACs). Interestingly, the usage of ZnCl2 not only enables a crystalline CTF with a significantly enhanced surface area, up to 663 m2 g–1 but also provides a means of realizing atomically dispersed nickel (Ni) catalysts with unique Ni–N3–C sites. As a result, the resulting SAC exhibits efficient electrochemical carbon dioxide (CO2) reduction performance, where a maximum Faradaic efficiency for carbon monoxide (CO) production of 97.5% at −0.52 V (vs. reversible hydrogen electrode, RHE) and an excellent turnover frequency (3192 h–1) with a current density of 23.32 mA cm–2 at −1.02 V can be obtained, respectively. We anticipate our findings will facilitate new possibilities for the development of crystalline porous organic frameworks and SACs for various catalysis.
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