Highly Selective CO2 Electroreduction to CH4 by In Situ Generated Cu2O Single‐Type Sites on a Conductive MOF: Stabilizing Key Intermediates with Hydrogen Bonding

选择性 金属有机骨架 化学 密度泛函理论 铜 催化作用 反应中间体 无机化学 金属 氢 物理化学 计算化学 有机化学 吸附
作者
Jun‐Dong Yi,Ruikuan Xie,Zailai Xie,Guoliang Chai,Tian‐Fu Liu,Rui‐Ping Chen,Yuan‐Biao Huang,Rong Cao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:132 (52): 23849-23856 被引量:112
标识
DOI:10.1002/ange.202010601
摘要

Abstract It is still a great challenge to achieve high selectivity of CH 4 in CO 2 electroreduction reactions (CO 2 RR) because of the similar reduction potentials of possible products and the sluggish kinetics for CO 2 activation. Stabilizing key reaction intermediates by single type of active sites supported on porous conductive material is crucial to achieve high selectivity for single product such as CH 4 . Here, Cu 2 O(111) quantum dots with an average size of 3.5 nm are in situ synthesized on a porous conductive copper‐based metal–organic framework (CuHHTP), exhibiting high selectivity of 73 % towards CH 4 with partial current density of 10.8 mA cm −2 at −1.4 V vs. RHE (reversible hydrogen electrode) in CO 2 RR. Operando infrared spectroscopy and DFT calculations reveal that the key intermediates (such as *CH 2 O and *OCH 3 ) involved in the pathway of CH 4 formation are stabilized by the single active Cu 2 O(111) and hydrogen bonding, thus generating CH 4 instead of CO.

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