Ligand-tuning copper in coordination polymers for efficient electrochemical C–C coupling

电化学 配体(生物化学) 联轴节(管道) 配位聚合物 材料科学 化学 纳米技术 聚合物 电极 受体 冶金 生物化学 物理化学 复合材料
作者
Yu Yang,Cheng Zhang,Chengyi Zhang,Yaohui Shi,Jun Li,Bernt Johannessen,Yongxiang Liang,Shuzhen Zhang,Qiang Song,Haowei Zhang,Jialei Huang,Jingwen Ke,Lei Zhang,Qingqing Song,Jianrong Zeng,Ying Zhang,Zhigang Geng,Pu‐Sheng Wang,Ziyun Wang,Jie Zeng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:23
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50791-2
摘要

Cu catalyses electrochemical CO2 reduction to valuable multicarbon products but understanding the structure-function relationship has remained elusive due to the active Cu sites being heterogenized and under dynamic re-construction during electrolysis. We herein coordinate Cu with six phenyl-1H-1,2,3-triazole derivatives to form stable coordination polymer catalysts with homogenized, single-site Cu active sites. Electronic structure modelling, X-ray absorption spectroscopy, and ultraviolet–visible spectroscopy show a widely tuneable Cu electronics by modulating the highest occupied molecular orbital energy of ligands. Using CO diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, in-situ Raman spectroscopy, and density functional theory calculations, we find that the binding strength of *CO intermediate is positively correlated to highest occupied molecular orbital energies of the ligands. As a result, we enable a tuning of C–C coupling efficiency—a parameter we define to evaluate the efficiency of C2 production—in a broad range of 0.26 to 0.86. This work establishes a molecular platform that allows for studying structure-function relationships in CO2 electrolysis and devises new catalyst design strategies appliable to other electrocatalysis. Understanding the structure-function relationship in Cu-catalyzed CO2 reduction is challenging due to dynamic active sites. This study introduces stable coordination polymer catalysts with homogenized, single-site Cu, enabling the study and tuning of C–C coupling efficiency in CO2 electroreduction.
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