2D Copper Tetrahydroxyquinone Conductive Metal–Organic Framework for Selective CO2 Electrocatalysis at Low Overpotentials

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作者
Leily Majidi,Alireza Ahmadiparidari,Nannan Shan,Saurabh N. Misal,Khagesh Kumar,Zhehao Huang,Sina Rastegar,Zahra Hemmat,Xiaodong Zou,Peter Zapol,Jordi Cabana,Larry A. Curtiss,Amin Salehi‐Khojin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (10): e2004393-e2004393 被引量:221
标识
DOI:10.1002/adma.202004393
摘要

Abstract Metal–organic frameworks (MOFs) are promising materials for electrocatalysis; however, lack of electrical conductivity in the majority of existing MOFs limits their effective utilization in the field. Herein, an excellent catalytic activity of a 2D copper (Cu)‐based conductive MOF, copper tetrahydroxyquinone (CuTHQ), is reported for aqueous CO2 reduction reaction (CO2RR) at low overpotentials. It is revealed that CuTHQ nanoflakes (NFs) with an average lateral size of 140 nm exhibit a negligible overpotential of 16 mV for the activation of this reaction, a high current density of ≈173 mA cm−2 at −0.45 V versus RHE, an average Faradaic efficiency (F.E.) of ≈91% toward CO production, and a remarkable turnover frequency as high as ≈20.82 s−1. In the low overpotential range, the obtained CO formation current density is more than 35 and 25 times higher compared to state‐of‐the‐art MOF and MOF‐derived catalysts, respectively. The operando Cu K‐edge X‐ray absorption near edge spectroscopy and density functional theory calculations reveal the existence of reduced Cu (Cu+) during CO2RR which reversibly returns to Cu2+ after the reaction. The outstanding CO2 catalytic functionality of conductive MOFs (c‐MOFs) can open a way toward high‐energy‐density electrochemical systems.
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