Switching the Symmetry of a Trinuclear Copper Cluster Catalyst for Electroreducing CO2 to an Asymmetric C2 Product in an Acidic Electrolyte

电解质 催化作用 选择性 化学 无机化学 碱金属 电极 物理化学 有机化学
作者
Rui Wang,Long‐Zhang Dong,Jingwen Shi,Mi Zhang,Shun‐Li Li,Ya‐Qian Lan,Jiang Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (2): 741-750 被引量:69
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c03755
摘要

Achieving CO2 electroreduction in an acidic electrolyte to obtain high-value products is a great challenge, but it has remained elusive so far due to the high requirements for catalyst stability. Herein, we designed and constructed a highly stable (acid- and alkali-resistant) and well-defined crystalline coordination compound catalyst, Inz-Cu3, which can switch the structural symmetry by varying the distance and angle between the adjacent synergistic Cu active sites, thus achieving the selective conversion of CO2 to a high-value C2 product in an acidic electrolyte. At a current density of −320 mA·cm–2, it achieved up to 42.20% selectivity for the electrocatalytic reduction of CO2 to C2 products in an acidic electrolyte, and the highly selective catalytic conversion to C2 products (66.79%, containing 35.27% FEC2H4 and 31.52% FEC2H5OH) can also be achieved in a conventional alkaline electrolyte. Moreover, the density functional theory (DFT) calculation and control experiments revealed that the adjacent asymmetric Cu active sites with close distance can stabilize *CHOHCH3 intermediates, thus improving the selectivity of the asymmetric C2 product. This work demonstrates a strategy for the structural design of asymmetric crystalline coordination catalysts and enables the achievement of electroreduction conversion of CO2 to high-value-added C2 products in an acidic electrolyte.
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