Covalent Organic Framework Coupled with Atomically Precise Copper Nanoclusters for Efficient Tandem Electroreduction Reaction of CO2

纳米团簇 选择性 串联 电催化剂 共价键 催化作用 材料科学 共价有机骨架 纳米技术 组合化学 化学 电化学 电极 物理化学 有机化学 冶金 复合材料
作者
Song Zheng,Duan‐Hui Si,Hui Guo,Qiu‐Jin Wu,Hong-Jing Zhu,Yuan‐Biao Huang,Rong Cao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (26): 24130-24139 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c07703
摘要

The electrocatalytic reduction of CO2 (CO2RR) presents a viable approach to reduce CO2 emissions and generate valuable chemicals. However, selectivity toward highly valuable C2+ products is still insufficient for practical applications. Herein, we propose an efficient tandem catalytic strategy to polish up the performance of C2+ products via adjacent distinct catalytic sites. The tandem electrocatalyst Cu/NiPc-COF is constructed by uniformly dispersing atomically precise copper nanoclusters [Cu32(PET)24H8Cl2](PPh4)2 (PET = 2-phenylethanethiolate), denoted as Cu32 NCs, on the two-dimensionally conductive Ni-phthalocyanine-based covalent organic framework (NiPc-COF). A high selectivity of 57.1% for C2+ products (C2H4, CH3COOH, and C2H5OH) and a total current density of 353.3 mA cm-2 is reached at -1.6 V in aqueous electrolyte, which surpasses the corresponding Cu32 NCs (FEC2+ = 24.4%, jtotal = 250.1 mA cm-2, -1.6 V) and some other electrocatalysts. Operando experiments and DFT calculations show that locally high *CO concentrations from NiPc-COF sites cause a massive *CO spillover to Cu32 NCs. This enriches *CO coverage, boosting the selectivity of C2+. The work provides an effective approach for designing tandem electrocatalysts that achieve high selectivity to C2+.
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