Pillar-Layered Porous Metal–Organic Frameworks with Co2N2O8 Clusters and Tetragonal Ligands for CO2 Conversion

化学 配体(生物化学) 四方晶系 金属有机骨架 结晶学 多孔性 支柱 电化学 拓扑(电路) 晶体结构 电极 物理化学 有机化学 生物化学 受体 数学 吸附 结构工程 组合数学 工程类
作者
Lulu Wang,Jinmiao Wang,Ruixue Wu,Feng Shao,Dongmei Zhang,Xia Zhang,Chuanbin Fan,Yuhua Fan
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (1): 294-303 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c03154
摘要

Converting CO2 to valuable chemicals and fuels is a viable method to establish a carbon-neutral energy cycle in the environment. Metal-organic frameworks (MOFs), characterized by dispersed active sites, high porosity, etc., have displayed a great application prospect in the electrochemical/chemical CO2 reduction reaction (CO2RR) process. Herein, we proposed a one-step production to establish a series of pillar-layered porous MOFs, [Co2(L)(bimb)]n (MOF 1) and [Co4(L)2(bidpe)2]n (MOF 2) [H4L = 5'-(4-carboxyphenyl)-(1,1':2',1″-terphenyl)-4,4',4″-tricarboxylic, bimb = 1,4-bis(imidazol-1-yl)-butane, bidpe = 4'-bis(imidazolyl) diphenyl ether], for preferential conversion of CO2 via ligand adjustment and increase of active sites' density. According to single-crystal X-ray diffraction studies, [Co2(L)(bimb)]n exhibits pillar-layered binuclear 3D frameworks with a 2,4,6-linked 3-nodes new topology structure, while [Co4(L)2(bidpe)2]n displays pillar-layered tetranuclear interspersed networks with a 4,6-linked 2-nodes fsc topology structure through a ligand adjustment strategy. Meanwhile, the pillar-layered structure of the MOFs with abundant active sites is conducive to mass diffusion and benefits the conversion of CO2. MOFs 1-2 exhibit good electrocatalytic activity for CO2RR in 0.5 M KHCO3 solution. Especially, the current density of MOF 2 generated at -0.90 V (vs. RHE) reaches -81.6 mA·cm-2, which is 3.1 times higher than that under an Ar atmosphere. In addition, MOFs 1-2 can be used as a heterogeneous catalyst for chemical conversion of CO2. The results are expected to provide inspiration for rational design to develop stable and high-efficiency MOF-based electrocatalysts for CO2RR.
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