Hydrophobic perfluoroalkane modified metal‐organic frameworks for the enhanced electrocatalytic reduction of CO2

选择性 电化学 电解质 化学 金属有机骨架 水溶液 无机化学 卟啉 氧化还原 金属 电极 催化作用 光化学 有机化学 物理化学 吸附
作者
Xu Yang,Qiuxia Li,Shao‐Yi Chi,Hongfang Li,Yuan‐Biao Huang,Rong Cao
出处
期刊:SmartMat [Wiley]
卷期号:3 (1): 163-172 被引量:49
标识
DOI:10.1002/smm2.1086
摘要

Abstract The electrochemical reduction of CO 2 to value‐added chemicals would be an efficient way to utilize CO 2 and mitigate greenhouse gas emission. However, the associated competitive hydrogen evolution reaction (HER) in aqueous electrolytes usually leads to poor selectivity for the CO 2 electroreduction reactions (CO 2 RR). Due to their high specific surface areas and tunable single active sites, metal‐organic frameworks (MOFs) are considered as promising candidates for CO 2 RR. Herein, the Fe‐porphyrin based Zr‐MOF, PCN‐222(Fe), was treated with perfluorocarboxylic acid to afford the hydrophobic F n ‐PCN‐222(Fe) ( n = 5 and 7, n is the number of fluorine atoms in the perfluoroalkyl chain) for improving the selectivity CO 2 RR via inhibiting the HER. Owing to the single active Fe sites were positioned in a hydrophobic microenvironment, the optimal F 5 ‐PCN‐222(Fe) shows a high Faradic efficiency of 97% toward production of CO at −0.7 V versus reversible hydrogen electrode. Meanwhile, F 5 ‐PCN‐222(Fe) achieved a high turnover frequency value of 3850 h −1 at −0.8 V, which was almost 3.6 times higher than that of PCN‐222(Fe) and surpassed most of other reported MOFs. This study paves a new way to improve the selectivity of the CO 2 RR via inhibiting the associated HER by increasing the hydrophobicity of the electrocatalysts.
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