当前位置 : X-MOL首页行业资讯 › Nano Res.[单元]│天津大学胡文平教授、张志成教授团队:铟基卟啉框架在碳还原中的活性位点探究

Nano Res.[单元]│天津大学胡文平教授、张志成教授团队:铟基卟啉框架在碳还原中的活性位点探究

本篇文章版权为高增强所有,未经授权禁止转载。

QQ截图20240308150530.jpg

背景介绍


大量化石能源燃烧排放的CO2气体给人类带来了严重的环境压力,尤其是全球温室效应。实现CO2资源化利用,对减少大气中CO2浓度,推进绿色、低碳发展,实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义。电催化CO2还原反应(CO2RR)能够在常温常压条件下将太阳能、风能等产生的间歇性电能转化为高附加值的燃料和化学品,同时能够实现人工碳循环,被认为是缓解能源危机和环境问题的有效途径。然而,在CO2RR过程中,多步质子和电子的复杂转移过程以及竞争性析氢反应通常会导致对特定产品的选择性较差,并且能源转换效率较低。因此,寻找高效稳定的催化剂将CO2转化利用对于可持续能源和环境技术的发展至关重要。


成果简介


本工作通过水热法通过调节表面活性剂的分子质量构建了形貌可控的纳米片(图1a)。研究发现,In-TCPP纳米片的尺寸在催化性能中起重要作用。当PVP分子量为30000时,其尺寸在332nm左右(即In-TCPP)。随后,In-TCPP的扑拓结构用球差矫正高角度环形暗场扫描透射电镜和快速傅里叶变换(FFT)进行了分析。能量色散光谱(EDS)元素图谱证实,所有的元素均匀分布的在材料中。有趣的是,通过调整表面活性剂的摩尔质量,可以有效调整MOF的尺寸大小,即In-TCPP-1,In-TCPP-2,所有In基卟啉框架都表现为纳米片(图2)。此外,TEM进一步证实了铟基卟啉框架都为纳米片结构。
随后,该体系使用H型电解池(图3)系统地评估了所制备的铟基卟啉框架在不同工作电压下CO2RR的活性。其中,In-TCPP能够高选择性地将二氧化碳转化为甲酸盐,FE为84.6%。尽管In-TCPP-1显示出相对小的起始电位,但二氧化碳吸附等温线结果表明,In-TCPP拥有比In-TCPP-1更好的二氧化碳吸附能力。此外,EPR表明预处理的In-TCPP产生了较多的缺陷位点,促进二氧化碳的吸附和活化。
流动池能够有效增强系统的传质能力,并克服了二氧化碳在水溶液中的溶解度和扩散性差的问题,本工作随即在碱性电解质(1 mol L-1 KOH)中进一步测试了In-TCPP的CO2RR性能。如图4所示,与H型电解池相比,制备的催化剂在流动池中显示出更小的活化电位和更高的反应电流密度,这表明制备的材料在流动池中拥有更好的CO2RR性能。图5显示了材料对相关中间体的能量曲线和结构。更重要的是,理论计算揭示了CO2RR对甲酸根的高选择性归因于In-TCPP的固有结构特性。


图文导读


image.png

图1(a)In-TCPP的合成过程示意图In-TCPP的(b)SEM和(c)TEM图像;(d)In-TCPP的球差校正HAADF-STEM图像和红色方块标记的选定区域傅里叶变换图;(e)In-TCPP的HAADF-STEM图像和EDS元素映射图像。


image.png

图2(a、c)In-TCPP-1和(b、d)In-TCPP-2的SEM、TEM图像。


image.png

图3(a)不同材料在CO2饱和电解质中的极化曲线以及H型电解池配置示意图;(b)In-TCPP-1,(c)In-TCPP和(d)In-TCPP-2的eCO2RR性能;(e)In-TCPP和In-TCPP-1的CO2吸附等温线;(f)In-TCPP预处理前后的EPR图谱。


image.png

图4 (a)用于eCO2RR测试的流动池配置图;(b)In-TCPP在H型电解池和流动池中的极化曲线;(c)In-TCPP对甲酸盐的FE和电流密度(CD);(d)不同材料对二氧化碳转化为甲酸盐的总体性能。


image.png

图5(a)构建的一维纳米线模型的俯视图和侧视图。(b)假设的反应机制。(c)In-TCPP和In(101)面对不同路径的相应能量曲线。


文章信息


Gao Z, Gong Y, Zhu Y, et al. Large π-conjugated indium-based metal-organic frameworks for high‐performance electrochemical conversion of CO2. Nano Research, 2023, 16(7): 8743-8750. https://doi.org/10.1007/s12274-023-5685-z.




QQ截图20220430103511.png

如果篇首注明了授权来源,任何转载需获得来源方的许可!如果篇首未特别注明出处,本文版权属于 X-MOLx-mol.com ), 未经许可,谢绝转载!

阿拉丁
动态系统的数学与计算机建模
热点论文一站获取
购书送好礼
天然纤维材料
口腔微生物
英语语言编辑翻译加编辑
材料学领域约200份+SCI期刊
定位全球科研英才
中国图象图形学学会合作刊
东北石油大学合作期刊
动物源性食品遗传学与育种
专业英语编辑服务
左智伟--多次发布
多次发布---上海中医药
广州
天大
清华
清华
北大
西安电子
中科院
南科大
ACS材料视界
down
wechat
bug