Anion Modulation of Ag‐Imidazole Cuboctahedral Cage Microenvironments for Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction

化学 催化作用 法拉第效率 密度泛函理论 超分子化学 氢键 电解质 无机化学 堆积 离子 结晶学 分子 电极 物理化学 计算化学 晶体结构 有机化学
作者
Wenqian Yang,Qijie Mo,Qi‐Ting He,Xiangping Li,Ziqian Xue,Yu‐Lin Lu,Jie Chen,Kai Zheng,Yanan Fan,Guangqin Li,Cheng‐Yong Su,Cheng‐Yong Su
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (31): e202406564-e202406564 被引量:39
标识
DOI:10.1002/anie.202406564
摘要

How to achieve CO2 electroreduction in high efficiency is a current challenge with the mechanism not well understood yet. The metal-organic cages with multiple metal sites, tunable active centers, and well-defined microenvironments may provide a promising catalyst model. Here, we report self-assembly of Ag4L4 type cuboctahedral cages from coordination dynamic Ag+ ion and triangular imidazolyl ligand 1,3,5-tris(1-benzylbenzimidazol-2-yl) benzene (Ag-MOC-X, X=NO3, ClO4, BF4) via anion template effect. Notably, Ag-MOC-NO3 achieves the highest CO faradaic efficiency in pH-universal electrolytes of 86.1 % (acidic), 94.1 % (neutral) and 95.3 % (alkaline), much higher than those of Ag-MOC-ClO4 and Ag-MOC-BF4 with just different counter anions. In situ attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy observes formation of vital intermediate *COOH for CO2-to-CO conversion. The density functional theory calculations suggest that the adsorption of CO2 on unsaturated Ag-site is stabilized by C-H⋅⋅⋅O hydrogen-bonding of CO2 in a microenvironment surrounded by three benzimidazole rings, and the activation of CO2 is dependent on the coordination dynamics of Ag-centers modulated by the hosted anions through Ag⋅⋅⋅X interactions. This work offers a supramolecular electrocatalytic strategy based on Ag-coordination geometry and host-guest interaction regulation of MOCs as high-efficient electrocatalysts for CO2 reduction to CO which is a key intermediate in chemical industry process.
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