Modulating the Density of Catalytic Sites in Multiple-Component Covalent Organic Frameworks for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction

催化作用 酞菁 共价键 材料科学 选择性 氧化还原 分子 一氧化碳 无机化学 光化学 组合化学 化学 纳米技术 有机化学
作者
Minghao Liu,Xingyue Zhao,Shuai Yang,Xiubei Yang,Xuewen Li,Jun He,George Z. Chen,Qing Xu,Gaofeng Zeng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (37): 44384-44393 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.3c10802
摘要

It is generally assumed that the more metal atoms in covalent organic frameworks (COFs) contribute to higher activity toward electrocatalytic carbon dioxide reduction (CO 2 RR) and hindered us in exploring the correlation between the density of catalytic sites and catalytic performances. Herein, we have constructed quantitative density of catalytic sites in multiple COFs for CO 2 RR, in which the contents of phthalocyanine (H 2 Pc) and nickel phthalocyanine (NiPc) units were preciously controlled. With a molar ratio of 1/1 for the H 2 Pc and NiPc units in COFs, the catalyst achieved the highest selectivity with a carbon monoxide Faradaic efficiency (FE CO ) of 95.37% and activity with a turnover frequency (TOF) of 4713.53 h –1 . In the multiple H 2 Pc/NiPc-COFs, the electron-donating features of the H 2 Pc units provide electron transport to the NiPc centers and thus improved the binding ability of CO 2 and intermediates on the NiPc units. The theoretical calculation further confirmed that the H 2 Pc units donated their electrons to the NiPc units in the frameworks, enhanced the electron density of the Ni sites, and improved the binding ability with Lewis acidic CO 2 molecules, thereby boosting the CO 2 RR performance. This study provides us with new insight into the design of highly active catalysts in electrocatalytic systems.
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