Metalloporphyrin Encapsulation for Enhanced Conversion of CO2 to C2H4

催化作用 材料科学 法拉第效率 可逆氢电极 选择性 电化学 卟啉 电极 四苯基卟啉 化学工程 金属 金属有机骨架 无机化学 纳米技术 光化学 化学 工作电极 有机化学 物理化学 冶金 工程类 吸附
作者
Tingting Yan,Jin-Han Guo,Zhi‐Qiang Liu,Wei‐Yin Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (22): 25937-25945 被引量:53
标识
DOI:10.1021/acsami.1c03557
摘要

Electrochemical conversion of CO2 into valuable products is a promising approach. Efficient electrocatalysts are highly desirable but remain to be developed. Here, we proposed a molecular encapsulation strategy to enrich intermediates for facilitating electrochemical conversion of CO2 to C2H4. This strategy is combining M-TCPP [M = FeCl, Co, and Ni; TCPP = tetrakis(4-carboxyphenyl) porphyrin] with a Cu-based metal-organic framework (Cu-MOF) to create a series of metalloporphyrin-decorated Cu catalysts with a coral-like shape (named as M-TCPP@Cu). M-TCPP in the catalysts could supply more CO intermediates to the Cu sites, giving high selectivity for producing C2H4 and lowering overpotentials for CO2 reduction. Meanwhile, the coral-like structure of the catalyst with abundant active sites is conducive to mass diffusion and benefits the conversion of CO2. We realized a higher C2H4 Faradaic efficiency (FE) of 33.42% at -1.17 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) on the Fe-TCPP@Cu electrode than that on the sole Cu electrode (16.85%, at -1.27 V vs RHE). Furthermore, due to the encapsulated structure resulted from one-pot reaction that ensures the dispersion of active centers in M-TCPP, metalloporphyrin-decorated Cu catalysts show better performance than the physical mixture of Cu-MOFs and M-TPPs (M = FeCl, Co, and Ni; TPP = 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin). The results provide a new strategy for the design of high-performance Cu catalysts from Cu-MOFs for CO2 conversion.
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