Coordination Environment Engineering of Metal Centers in Coordination Polymers for Selective Carbon Dioxide Electroreduction toward Multicarbon Products

甲酸 催化作用 聚合物 金属 配位复合体 材料科学 配位聚合物 选择性 法拉第效率 二氧化碳电化学还原 无机化学 光化学 化学 一氧化碳 电化学 有机化学 电极 物理化学
作者
Juan Wang,Mingzi Sun,Hongming Xu,Fengkun Hao,Qingbo Wa,Jianjun Su,Jingwen Zhou,Yunhao Wang,Jinli Yu,Penghui Zhang,Ruquan Ye,Shengqi Chu,Bolong Huang,Minhua Shao,Zhanxi Fan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (9): 7192-7203
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c12389
摘要

Electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) toward value-added chemicals/fuels has offered a sustainable strategy to achieve a carbon-neutral energy cycle. However, it remains a great challenge to controllably and precisely regulate the coordination environment of active sites in catalysts for efficient generation of targeted products, especially the multicarbon (C2+) products. Herein we report the coordination environment engineering of metal centers in coordination polymers for efficient electroreduction of CO2 to C2+ products under neutral conditions. Significantly, the Cu coordination polymer with Cu-N2S2 coordination configuration (Cu-N-S) demonstrates superior Faradaic efficiencies of 61.2% and 82.2% for ethylene and C2+ products, respectively, compared to the selective formic acid generation on an analogous polymer with the Cu-I2S2 coordination mode (Cu-I-S). In situ studies reveal the balanced formation of atop and bridge *CO intermediates on Cu-N-S, promoting C-C coupling for C2+ production. Theoretical calculations suggest that coordination environment engineering can induce electronic modulations in Cu active sites, where the d-band center of Cu is upshifted in Cu-N-S with stronger selectivity to the C2+ products. Consequently, Cu-N-S displays a stronger reaction trend toward the generation of C2+ products, while Cu-I-S favors the formation of formic acid due to the suppression of C-C couplings for C2+ pathways with large energy barriers.
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