A Bidentate Chelation Strategy for Breaking the Thermodynamic Hydrophobicity‐Activity Trade‐Off to Boost the Electroreduction of CO 2 to Formate

格式化 甲酸 齿合度 化学 催化作用 螯合作用 电化学 分子 组合化学 无机化学 内在活性 氢 烷基 羧酸 过渡金属 分解 碳纤维 水煤气变换反应
作者
Kang Liu,Zheng Lin,Zhengyi Qian,Xiaoyan Zhang,Mengyu Guo,Longren Wang,Mingzi Sun,Yue Wang,Bolong Huang,Shaojun Guo,Lixue Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (43): e9439653-e9439653
标识
DOI:10.1002/anie.9439653
摘要

ABSTRACT Achieving industrially relevant electrochemical CO 2 reduction (CO 2 RR) to formic acid requires catalyst that simultaneously exhibits high intrinsic activity and surface hydrophobicity. However, high intrinsic activity is considered thermodynamically contradictory on a hydrophobic surface since high hydrophobicity corresponds to low surface energy, thereby leading to low intrinsic activity. Here we overcome this hydrophobicity‐activity trade‐off via a bidentate chelation strategy that grafts carboxylic acid molecules with tunable alkyl chain lengths on Bi 2 O 2 CO 3 (XC‐BOC, where X denotes the carbon number). The obtained 10C‐BOC sustains high hydrophobicity without sacrificing activity. This hydrophobicity‐activity balance is achieved by restructuring the interfacial hydrogen‐bond (HB) network to suppress the undesired hydrogen evolution reaction (HER) and ensure the timely hydrogenation rate for the key *OCHO intermediate, in conjunction with modulating the Bi site electronic structure via the carboxyl‐O/Bi bidentate chelation to guarantee the high intrinsic activity. Consequently, 10C‐BOC achieves ampere‐level performance with FE HCOO‐ > 90% from 100–1000 mA cm −2 , with an optimal FE HCOO‐ of 97.7% at 600 mA cm −2 (vs. 83.2% for bare BOC), and maintains FE HCOO‐ > 93% at 200 mA cm −2 for 200 h. This work offers a general strategy to decouple hydrophobicity from intrinsic activity for advanced CO 2 RR electrocatalysts.
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