Two-Dimensional (2D) TM-Tetrahydroxyquinone Metal–Organic Framework for Selective CO2 Electrocatalysis: A DFT Investigation

催化作用 过电位 电催化剂 单层 二氧化碳电化学还原 过渡金属 碳纤维 无机化学 材料科学 化学 金属 一氧化碳 纳米技术 物理化学 电化学 冶金 有机化学 复合材料 电极 复合数
作者
Xianshi Zeng,Chuncai Xiao,Luliang Liao,Zongxing Tu,Zhangli Lai,Kai Xiong,Yufeng Wen
出处
期刊:Nanomaterials [MDPI AG]
卷期号:12 (22): 4049-4049 被引量:8
标识
DOI:10.3390/nano12224049
摘要

The resource utilization of CO2 is one of the essential avenues to realize the goal of "double carbon". The metal-organic framework (MOF) has shown promising applications in CO2 catalytic reduction reactions due to its sufficient pore structure, abundant active sites and functionalizability. In this paper, we investigated the electrocatalytic carbon dioxide reduction reactions of single-atom catalysts created by MOF two-dimensional coordination network materials constructed from transition metal-tetrahydroxybenzoquinone using density function theory calculations. The results indicate that for 10 transition metals, TM-THQ single levels ranging from Sc to Zn, the metal atom binding energy to the THQ is large enough to allow the metal atoms to be stably dispersed in the THQ monolayer. The Ni-THQ catalyst does not compete with the HER reaction in an electrocatalytic CO2 reduction. The primary product of reduction for Sc-THQ is HCOOH, but the major product of Co-THQ is HCHO. The main product of Cu-THQ is CO, while the main product of six catalysts, Ti, V, Cr, Mn, Fe, and Zn, is CH4. The limit potential and overpotential of Ti-THQ are the highest, 1.043 V and 1.212 V, respectively. The overpotentials of the other monolayer catalysts ranged from 0.172 to 0.952 V, and they were all relatively low. Therefore, we forecast that the TM-HQ monolayer will show powerful activity in electrocatalytic carbon dioxide reduction, making it a prospective electrocatalyst for carbon dioxide reduction.

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