Activating *CO by Strengthening Fe–CO π‐Backbonding to Enhance Two‐Carbon Products Formation toward CO2 Electroreduction on Fe–N4 Sites

选择性 材料科学 催化作用 碳纤维 金属 电催化剂 醋酸 结晶学 立体化学 电化学 物理化学 有机化学 电极 复合数 复合材料 化学
作者
Weiwei Zhu,Suqin Liu,Kuangmin Zhao,Yuke Su,Yuliang Yang,Kui Huang,Zhen He
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (38) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/adfm.202402537
摘要

Abstract Many non‐precious metal‐nitrogen (M–N x )‐containing catalysts are highly efficient for electrochemical reduction of CO 2 to CO and yet encounter challenges in further converting CO to more valuable two‐carbon products (C2), such as ethanol and acetic acid. The ambiguous structure‐activity relationship of the M–N x moieties toward CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) results in difficulties in regulating the CO 2 RR product selectivity on the M–N x ‐containing catalysts. Herein, by using fluorinated iron phthalocyanines with axial‐coordinated ligands (L–FePc–F) as an M–N 4 ‐based model electrocatalyst for CO 2 RR, a correlation between the electronic structure and C2 selectivity of Fe–N 4 is revealed and a comprehensive descriptor based on the Fe–CO π‐backbonding is proposed for guiding the regulation of M–N 4 toward higher C2 selectivity. Based on the regulation principle, the Br‐axial‐coordinated FePc–F (Br–FePc–F) remarkably increases the Faradic efficiency (FE) of C2 products from 0% (i.e., the FE C2 of FePc–F) to 34% due to the strengthened Fe–CO π‐backbonding stemming from the elevated 3 d xz / d yz orbital energy and enhanced electron‐donating ability of the Fe centers of Fe–N 4 . This work provides a strategy and mechanism insights on the regulation of the C2 selectivity of CO 2 RR on the Fe–N 4 moieties, which may be inspiring for precise construction and regulation of the M–N x ‐containing catalysts for specific CO 2 RR products.
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