有機配體對金屬催化劑進行改性是一種新興的催化劑設計,可提高電催化二氧化碳(CO2)反應捕獲和還原為增值燃料的活性和選擇性。然而,由于缺乏關于這些配體-金屬界面如何在工作條件下與二氧化碳和關鍵中間體相互作用的基礎科學,導致實驗設計采用試錯法。
近日,馬薩諸塞大學Zhiyong Gu,Fanglin Che借助密度泛函理論計算,對氨基硫醇涂層銅(Cu)催化劑上二氧化碳還原為多碳產物進行了全面的機理研究。
文章要點
1)研究結果表明,CO2 還原性能與烷基鏈長度、配體覆蓋度、配體構型和 Cu 面密切相關。氨基硫醇配體-Cu界面顯著促進初始CO2活化,并通過有機(氮(N))和無機(Cu)界面活性位點降低碳-碳偶聯的活化勢壘。
2)實驗上,在 -1.16 VRHE 條件下,與原始 Cu 相比,多碳產物相對于氨基硫醇涂層 Cu 的選擇性和部分電流密度分別增加了 1.5 倍和 2 倍,這與我們的理論結果一致。
這項工作凸顯了設計配體-金屬界面用于二氧化碳反應捕獲和轉化為多碳產品的有前景的策略。
參考文獻
Mingyu Wan, et al, Enhanced CO2 Reactive Capture and Conversion Using Aminothiolate Ligand?Metal Interface, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c06888
https://doi.org/10.1021/jacs.3c06888