Metal-porphyrin-based three-dimensional covalent organic frameworks for electrocatalytic nitrogen reduction

卟啉 法拉第效率 催化作用 选择性 电催化剂 金属 氧化还原 材料科学 水溶液中的金属离子 组合化学 电化学 无机化学 化学 光化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Zhen Shan,Yuntong Sun,Miaomiao Wu,Yingtang Zhou,Jinjian Wang,Sheng Chen,Rui Wang,Gen Zhang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:342: 123418-123418 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123418
摘要

Electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) under ambient conditions presents a sustainable method for renewable ammonia production. However, the development of high-performance NRR electrocatalysts with satisfactory efficiency and selectivity remains a significant challenge. Herein, we design and synthesize two metal-porphyrin based 3D COFs bearing metal-N4 catalytic sites with different 3D spatial arrangements (scu and flu topologies) for this purpose. The anchoring of metal ions (Fe, Cu) at the center of the planar conjugated-porphyrin ring enhances the activity and selectivity of electrocatalytic NRR. Significantly, the 3D COFs with Fe-N4 catalytic sites feature higher NH3 yield and Faradaic efficiency (94.26 ± 4.9 μg h-1 mg-1 and 18.37 ± 0.96 % at −0.5 V vs RHE, reversible hydrogen electrode) than those with Cu-N4 centers, making them promising candidates for NRR electrocatalysts. This work not only enriches the topological library of 3D COFs, but also provides an idea for the rational design of metal porphyrin-based COFs for NH3 production.
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