Unraveling the Electrochemical Mechanism of Cobalt Phthalocyanine for CO 2 and CO Reduction under Heterogenized Conditions

化学 电催化剂 电化学 循环伏安法 催化作用 酞菁 氧化还原 无机化学 光化学 还原(数学) 基质(水族馆) 反应机理 伏安法 原位 碳纤维 碳纳米管 反应中间体
作者
Afridi Zamader,Junming Shao,Etienne Boutin,Aude Salamé,Siwen Zhao,Ajeet Singh,Bishnubasu Giri,Marc Robert
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (22): 22761-22768 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.6c02972
摘要

Cobalt phthalocyanine supported on multiwalled carbon nanotubes (CoPc/MWCNTs) represents a benchmark molecular electrocatalyst for the reduction of CO 2 and CO. However, the exact nature of its redox states and their catalytic functions remains uncertain. In this work, we elucidate the successive electrochemical transformations of CoPc/MWCNTs under Ar, CO 2, and CO atmospheres. Cyclic voltammetry combined with in situ spectroscopic measurements reveals several reduction steps that occur prior to substrate activation. The second reduction is ligand-based and pH-dependent, coinciding with the onset of hydrogen evolution and the formation of a cobalt–hydride intermediate─identified experimentally for the first time. Neither the singly nor doubly reduced CoPc species react with CO 2 or CO, demonstrating that a 2e – /2H + process does not suffice for CO 2 -to-CO conversion or subsequent CO activation at near-neutral pH. Additional overpotentials of approximately 40–90 mV and 350–400 mV are required for CO 2 -to-CO and CO-to-CH 3 OH conversion, respectively. Catalytic activity primarily arises from redox-active CoPc sites, whereas redox-inactive species contribute marginally.
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