Metalloporphyrin Frameworks to Encapsulate Copper Oxides for Boosting Ethylene Production in Neutral Electrolyte

材料科学 电解质 X射线吸收光谱法 催化作用 电化学 吸附 拉曼光谱 覆盖层 吸收光谱法 无机化学 化学工程 电极 有机化学 化学 物理化学 光学 物理 工程类 量子力学
作者
Mutian Ma,Likun Xiong,Yuan Dong,Qianqian Bai,Wei Hua,Zhangyi Zheng,Fenglei Lyu,Yuebin Lian,Zhihe Wei,Huihong Yuan,Zhenyang Jiao,Jian Cheng,Daqi Song,Min Wang,Zhiyuan Xing,Jun Zhong,Sheng Han,Zhao Deng,Yang Peng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (25) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adfm.202315667
摘要

Abstract Electrochemical carbon dioxide reduction (eCO 2 R) in neutral electrolytes represents a viable solution for alleviating energy and carbon losses associated with carbonate formation, but limited by suboptimal C 2+ selectivity and productivity owing to the higher C−C coupling kinetic barrier in such media. To address the issue, here Cu 2 O nanocubes are encapsulated within metalloporphyrin frameworks to create a benign microenvironment for C−C coupling, with the best catalyst of Cu 2 O@Cu−TCPP(Co) demonstrating a maximal C 2 H 4 and C 2+ FE of 54 ± 2% and 69 ± 4%, respectively, at 500 mA cm −2 in 1 M KCl. Comprehensive structural and spectrometric characterizations utilizing in situ attenuated total reflectance surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy (ATR−SEIRAS), in situ X‐ray absorption spectroscopy (XAS), operando Raman, and high‐resolution transmission electron microscopy (HR−TEM) unveil that the high CO 2 adsorption endowed by the metal‐organic framework (MOF) overlayer, high CO concentration yield by metalloporphyrins, high local pH rendered by spatial confinement, as well as the highly dispersed Cu crystallites exposing (200) facets synergistically contribute to the asymmetric C−C coupling of *CO and *COH intermediates in favor of C 2+ production. Orchestrating the active moieties in a concerted fashion, this study offers a paradigm for the design of eCO 2 R catalysts in neutral electrolytes.
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