Constructing Pillar‐Layered Covalent Organic Frameworks via Metal–Ligand Coordination for Electrochemical CO2 Reduction

材料科学 堆积 电化学 纳米技术 共价键 化学工程 多孔性 结晶度 法拉第效率 金属有机骨架 吸附 电极 复合材料 有机化学 物理化学 化学 工程类
作者
Tianfu Yang,Hongyin Hu,Yan Wang,Xinqi Chen,Jianxian Fan,Donghua Li,Shuangbin Liu,Jinmei Li,Tianwei He,Shuanglong Lu,Li Qiu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202419547
摘要

Abstract Growing global concerns over energy security and climate change have intensified efforts to develop sustainable strategies for electrochemical CO 2 reduction (eCO 2 RR). Covalent Organic Frameworks (COFs) have emerged as promising electrocatalysts for eCO 2 RR due to their tunable structures, high surface areas, and abundance of active sites. However, the performance of 2D COFs is often limited by layer stacking, which restricts active site exposure and reduces selectivity. To overcome these challenges, a new class of COFs known as pillar‐layered COFs (PL‐COFs) is developed featuring adjustable interlayer spacing and a 3D architecture. Characterization using PXRD, TEM, XPS, and EIS confirmed the successful integration of pillar molecules, which leads to increased interlayer spacing, crystallinity, and porosity. These structural advancements result in significantly improved electrochemical activity and selectivity for CO 2 ‐to‐CO conversion. Density functional theory simulations revealed that enhanced CO 2 adsorption and CO desorption contribute to the outstanding performance of PL‐COF‐1, which boasts the largest interlayer spacing. This material achieved an impressive Faradaic efficiency of 91.3% and demonstrated a significant current density, outperforming both the original COF‐366‐Co and PL‐COF‐2. These findings highlight the effectiveness of the pillaring strategy in optimizing COF‐based electrocatalysts, paving the way for next‐generation materials for CO 2 reduction and sustainable energy conversion.
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