Enhancing CO2 Electroreduction to Methane with a Cobalt Phthalocyanine and Zinc–Nitrogen–Carbon Tandem Catalyst

催化作用 化学 电化学 串联 无机化学 酞菁 甲烷 氮气 碳纤维 材料科学 有机化学 电极 物理化学 复合材料 复合数
作者
Long Lin,Tianfu Liu,Jianping Xiao,Hefei Li,Pengfei Wei,Dunfeng Gao,Bing Nan,Rui Si,Guoxiong Wang,Xinhe Bao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:59 (50): 22408-22413 被引量:216
标识
DOI:10.1002/anie.202009191
摘要

Developing copper-free catalysts for CO2 conversion into hydrocarbons and oxygenates is highly desirable for electrochemical CO2 reduction reaction (CO2 RR). Herein, we report a cobalt phthalocyanine (CoPc) and zinc-nitrogen-carbon (Zn-N-C) tandem catalyst for CO2 RR to CH4 . This tandem catalyst shows a more than 100 times enhancement of the CH4 /CO production rate ratio compared with CoPc or Zn-N-C alone. Density functional theory (DFT) calculations and electrochemical CO reduction reaction results suggest that CO2 is first reduced into CO over CoPc and then CO diffuses onto Zn-N-C for further conversion into CH4 over Zn-N4 site, decoupling complicated CO2 RR pathway on single active site into a two-step tandem reaction. Moreover, mechanistic analysis indicates that CoPc not only generates CO but also enhances the availability of *H over adjacent N sites in Zn-N4 , which is the key to achieve the high CH4 production rate and understand the intriguing electrocatalytic behavior which is distinctive to copper-based tandem catalysts.
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