Control of CO 2 Electrocatalysis via Modularly Customizable Graphdiyne

模块化设计 化学 纳米技术 电催化剂 限制 法拉第效率 密度泛函理论 工作(物理) 催化作用 构造(python库) 理论(学习稳定性) 生化工程 还原(数学) 组合化学 合理设计 高效能源利用 控制(管理) 定义明确 计算机科学 合成气 国家(计算机科学) 氧化态 炔烃 个性化
作者
Xinliang Fu,Xiangyu Guo,Pengyu Shi,Thomas Frauenheim,Kostya S. Novoselov,Mingjian Yuan,Mei Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (46): 42394-42405 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.5c11774
摘要

On-demand customization of materials with tailored structures and properties is a long-standing goal in materials science. Yet conventional materials often exhibit complex configurations, hindering unified design principles and limiting performance optimization. Here, utilizing modular graphdiyne (GDY) as a configurable platform, we present a chemically guided molecular design framework to achieve atomic-level precision control over catalytic behaviors. By combining density functional theory (DFT) with experimental validation, we systematically introduced electron-donating and electron-withdrawing groups to construct 13 organic molecular units, yielding modularly customizable GDYs with predetermined structures, enabling us to disentangle the interplay between structure and catalytic function. We identified a volcano-shaped correlation, linking the oxidation state of the active alkyne carbons to CO 2 reduction (CO 2 RR) activity. Furthermore, we established that this oxidation state is directly correlated with intrinsic electronic descriptors, including work function, VBM, and Fermi level ( E f )─constructing a predictive framework. In particular, by precisely tuning the oxidation state of sp -hybridized carbons, we showed that GDYs can rationally optimize intermediate binding energies and effectively resolve the conventional trade-off between the CO 2 RR activity and HER suppression. This mechanistic approach enables systematic control of the CO/H 2 ratio from 1:10 to 13:1. Notably, the fluorinated GDY (3FGDY) achieves a remarkable 93% CO Faradaic efficiency with sustained stability over 90 h. These findings establish a direct atomic-level structure–performance relationship and provide a robust proof-of-concept for modular materials design, with promising implications for syngas production and sustainable energy conversion.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
桐桐应助ZLY采纳,获得10
刚刚
刚刚
尊敬康乃馨完成签到,获得积分10
1秒前
yzk发布了新的文献求助10
2秒前
山椒发布了新的文献求助10
3秒前
Noob_saibot发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
吾不植稻发布了新的文献求助20
4秒前
憨人完成签到,获得积分20
4秒前
清秀斓完成签到,获得积分10
6秒前
qingtian发布了新的文献求助10
10秒前
科研通AI2S应助可乐加冰采纳,获得10
11秒前
12秒前
sswaggyc完成签到,获得积分10
13秒前
科研通AI6.4应助yzk采纳,获得10
13秒前
8R60d8应助憨人采纳,获得10
14秒前
14秒前
想人陪的毛巾完成签到,获得积分20
14秒前
郭枫完成签到,获得积分10
15秒前
努力的大狼狗完成签到,获得积分10
15秒前
xin11完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
qwer完成签到 ,获得积分10
16秒前
18秒前
zh发布了新的文献求助20
19秒前
qingtian完成签到,获得积分10
19秒前
彭静琳发布了新的文献求助10
19秒前
hongyan发布了新的文献求助20
19秒前
19秒前
ZLY发布了新的文献求助10
19秒前
19秒前
我爱蓝胖子完成签到,获得积分10
20秒前
吾不植稻完成签到,获得积分10
21秒前
22秒前
厉亮发布了新的文献求助10
23秒前
英姑应助长情问安采纳,获得10
23秒前
CipherSage应助彪壮的飞松采纳,获得10
23秒前
可乐加冰发布了新的文献求助10
23秒前
hydrogen完成签到,获得积分10
24秒前
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Autoparametric Resonance in Mechanical Systems 1000
Effects of Two Weeks of Red Light Therapy on Choroidal Thickness and Axial Length in Young Adults 700
Cosmos as Art Object: Studies in Plato's Timaeus and Other Dialogues 600
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Rutherford's Vascular Surgery and Endovascular Therapy, 2‑Volume Set, 11th Edition 480
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7665622
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9235503
关于积分的说明 19874024
捐赠科研通 7234727
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3283560
关于科研通互助平台的介绍 2442341
邀请新用户注册赠送积分活动 2284690