Regulation of Bimetallic Coordination Centers in MOF Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction to Formate

双金属片 格式化 催化作用 金属有机骨架 电化学 选择性 化学 无机化学 电催化剂 电解 配体(生物化学) 协同催化 可逆氢电极 组合化学 材料科学 电极 有机化学 电解质 工作电极 物理化学 生物化学 受体 吸附
作者
Rui Yang,Qun Huang,Xuelan Sha,Beibei Gao,Juan Peng
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:24 (18): 13838-13838 被引量:18
标识
DOI:10.3390/ijms241813838
摘要

Electrocatalytic reduction of CO2 to valuable chemicals can alleviate the energy crisis, and solve the greenhouse effect. The key is to develop non-noble metal electrocatalysts with high activity, selectivity, and stability. Herein, bimetallic metal organic frameworks (MOFs) materials (BiZn-MOF, BiSn-MOF, and BiIn-MOF) were constructed by coordinating the metals Zn, In, Sn, and Bi with the organic ligand 3-amino-1H-1,2,4-triazole-5-carboxylic acid (H2atzc) through a rapid microwave synthesis approach. The coordination centers in bimetallic MOF catalyst were regulated to optimize the catalytic performance for electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR). The optimized catalyst BiZn-MOF exhibited higher catalytic activity than those of Bi-MOF, BiSn-MOF, and BiIn-MOF. BiZn-MOF exhibited a higher selectivity for formate production with a Faradic efficiency (FE = 92%) at a potential of −0.9 V (vs. RHE, reversible hydrogen electrode) with a current density of 13 mA cm−2. The current density maintained continuous electrolysis for 13 h. The electrochemical conversion of CO2 to formate mainly follows the *OCHO pathway. The good catalytic performance of BiZn-MOF may be attributed to the Bi-Zn bimetallic coordination centers in the MOF, which can reduce the binding energies of the reaction intermediates by tuning the electronic structure and atomic arrangement. This study provides a feasible strategy for performance optimization of bismuth-based catalysts.
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