Construction of Interlayered Single-Atom Active Sites on Bipyridine-Based 2D Conjugated Covalent-Organic Frameworks for Boosting the C2 Products of Electrochemical CO2 Reduction

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作者
Lu Dai,Jianning Lv,Shuo Xu,Jiawen Zong,Lisha Liang,Bo Wang,Pengfei Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c16371
摘要

The electrochemical carbon dioxide reduction (eCO2RR) shows great potential in the realization of carbon neutrality, which requires a dedicated catalyst design. To develop electrocatalysts that favor C2 products, herein, the synthetic protocol for engineering interlayered single-atom metal active sites on the bipyridine-linked 2D conjugated covalent-organic framework (2D c-COF) has been developed by utilizing the interlayer π–π stacking. The resultant M@BTT-BPy-COF (where M = Cu, Ni, and Fe) provides fully exposed single-atom active sites with a suitable interdistance for catalyzing the key C–C coupling in the eCO2RR process. The Faradaic efficiency of ethanol (FEethanol) exceeds 40% with M@BTT-BPy-COF at −0.8 V vs RHE, outperforming most reported COF-based electrocatalysts. Density functional calculations suggest that the proximal active sites in the pore channel of COFs are the key active sites for promoting the C–C coupling to generate ethanol product. This investigation presents a novel way to engineer single-atom catalytic centers on 2D c-COFs, displaying the great potential of 2D c-COFs in electrocatalysis.
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