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中山大学廖培钦团队JACS：瓶中载船！NU-1000-Sn酸性电还原CO2

时间：2023-08-15 来源： 浏览：

中山大学廖培钦团队JACS：瓶中载船！NU-1000-Sn酸性电还原CO2

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酸性条件下的电化学CO 2 还原反应（eCO 2 RR）抑制了通常在中性和碱性条件下发生的不良碳酸盐形成，因此成为实现高CO 2 利用率的有希望的方法。基于此， 中山大学 廖培钦教授等人 报道了一种“瓶中载船”策略，将高活性ditin(IV)位点整合到金属-有机骨架（即 NU-1000-Sn ）的纳米孔中。在酸性溶液（pH=1.67）中， NU-1000-Sn 在260 mA cm -2 的工业电流密度下提供接近100%的甲酸法拉第效率，单次CO 2 利用率高达95%。在260 mA cm -2 的电流密度下连续工作15 h，没有观察到明显的降解，代表了目前eCO 2 RR在酸性电解质中的优异性能。
通过operando ATR-FTIR发现，1540 cm −1 处的峰属于CO 2 − 中间体，1390 cm −1 处的峰属于*HCOO，被认为是生成甲酸的关键中间体。通过PDFT计算，作者研究了CO 2 向HCOOH的转变。有趣的是，*HCOO的两个氧原子可以同时配位到相邻的两个Sn原子上（ μ -O, O′-桥接模式）。
在桥接配位模式下，*HCOO中间体的吸附能（0.014 eV）低于同种模式下的吸附能（0.0029 eV），表明桥接模式在热力学上是占主导性地位。对比相同模式（3.05 eV），这种*HCOO桥接模式使CO 2 加氢到*HCOO中间体的吉布斯能值较低，为1.19 eV。因此，桥接模式有利于CO 2 加氢生成中间体HCOO*，从而在甲酸生产中表现高性能。
“Ship-in-a-Bottle” Integration of Ditin(IV) Sites into a Metal-Organic Framework for Boosting Electroreduction of CO 2 in Acidic Electrolyte. J. Am. Chem. Soc., 2023 , DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c05023.
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