Stabilt supramolekylært struktursystem til at identificere aktivitetsoprindelse for kuldioxidelektrisk reduktion

N-dopede eller N-heterocykliske nanostrukturerede elektrokatalysatorer til elektrokatalytisk CO ₂ reduktionsreaktion har gjort betydelige fremskridt inden for produktselektivitet. For videre udvikling, det er vigtigt at identificere den nøjagtige aktivitetsoprindelse for disse elektrokatalysatorer. Krystalelektrokatalysatorer med nøjagtige strukturer kan give en visuel forskningsplatform til at identificere katalytiske aktive steder og studere reaktionsmekanisme. Den katalytiske aktivitet af pyridin N til CO ₂ elektroreduktion blev først bestemt strukturelt ved krystal supramolekylær koordinationsforbindelsesmodelsystem.

CO ₂ elektroreduktionsreaktion drevet af vedvarende elektricitet er en effektiv måde at reducere koncentrationen af ​​CO ₂ i atmosfæren og afhjælpe miljøproblemer såsom global opvarmning. Det kan konvertere CO ₂ værdifulde produkter (såsom CO, HCOOH, CH ₄ ) for at realisere en effektiv kulstofcyklus. På nuværende tidspunkt, de rapporterede meget effektive elektrokatalysatorer for elektrokatalytisk CO ₂ reduktionsreaktion (CO ₂ RR) er hovedsageligt koncentreret om nanomaterialer. Blandt dem, N-dopede eller N-heterocykliske nanostrukturerede elektrokatalysatorer har gjort betydelige fremskridt med hensyn til reduktion af produktkonvertering og Faraday-effektivitet. Imidlertid, på grund af manglen på nøjagtige og klare strukturelle oplysninger og andre påvirkningsfaktorer (herunder defekter og urenheder), det er stadig svært at bestemme aktiviteten af ​​N -steder i disse elektrokatalysatorer.

I dette tilfælde, krystalelektrokatalysatorer med klar krystalstruktur har store fordele ved løsning af ovenstående problemer, fordi deres nøjagtige strukturinformation kan give en visuel forskningsplatform til at identificere katalytiske aktive steder og studere reaktionsmekanisme. Metalloporphyrin -komplekser anvendt i CO ₂ RR har mange fordele. Blandt dem, den stive ring med konjugeret π - elektron system af metalloporphyrin er gunstig for hurtig elektronmigration. Vigtigere, deres klare molekylære strukturinformation og strukturelle afstemning er meget nyttige til at studere reaktionsmekanismer og rationelt optimere katalytisk ydeevne.

Baseret på dette, etablering af et rimeligt krystalmodelsystem til nøjagtigt at identificere aktiviteten af ​​katalytiske steder i elektrokatalyse er meget vigtig for udviklingen af ​​elektrokatalytisk CO ₂ RR.

I et nyt forskningsartikel offentliggjort i National Science Review (NSR) , forskergruppen for professor Ya-Qian Lan fra Nanjing Normal University, for første gang etableret et krystal supramolekylært koordineret sammensat modelsystem (herunder Ni-TPYP, Ni-TPYP-1 og Ni-TPP, som vist i figur 1) for strukturelt at identificere den katalytiske aktivitet af pyridin N for elektrokatalytisk CO ₂ RR. Dette arbejde er af stor betydning for at forstå den katalytiske aktivitet og reaktionsmekanisme for N-dopede eller N-heterocykliske nanostrukturerede elektrokatalysatorer i elektrokatalytisk CO ₂ RR.

Eksperimentelle og teoretiske beregninger viser, at det hastighedsbestemmende trin (RDS) for elektrokatalytisk CO ₂ RR i dette system er dannelsen af ​​COOH. I dette trin, energien, der kræves for Ni-aktivstedet (betegnet som Ni1) i Ni-TPYP og Ni-aktive sted (betegnet som Ni2) i Ni-TPP, er næsten det samme (1,60 eV og 1,59 eV), og begge er højere end for aktive pyridin N (betegnet N, 0,97 eV) i Ni-TPYP, hvilket angiver, at N -stedet har højere CO ₂ elektroreduktionsaktivitet end Ni2 og Ni1 steder, det er, aktivt pyridin N er et mere egnet katalytisk aktivt sted.