Exclusive Co‐N4 Sites Confined in Two‐dimensional Metal‐Organic Layers Enabling Highly Selective CO2 Electroreduction at Industrial‐Level Current

电催化剂 法拉第效率 电化学 吸附 金属有机骨架 催化作用 选择性 化学工程 电解 材料科学 解吸 膜电极组件 电流密度 电极 化学 无机化学 有机化学 物理化学 电解质 工程类 物理 量子力学
作者
Wenjun Zhang,Shanshan Liu,Yue Yang,Haifeng Qi,Shibo Xi,Yanping Wei,Jie Ding,Zhu‐Jun Wang,Qunxiang Li,Bin Liu,Zupeng Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (23) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/anie.202219241
摘要

Metal-organic framework catalysts bring new opportunities for CO2 electrocatalysis. Herein, we first conduct density-functional theory calculations and predict that Co-based porphyrin porous organic layers (Co-PPOLs) exhibit good activity for CO2 conversion because of the low *CO adsorption energy at Co-N4 sites, which facilitates *CO desorption and CO formation. Then, we prepare two-dimensional Co-PPOLs with exclusive Co-N4 sites through a facile surfactant-assisted bottom-up method. The ultrathin feature ensures the exposure of catalytic centers. Together with large specific area, high electrical conductivity and CO2 adsorption capability, Co-PPOLs achieve a peak faradaic efficiency for CO production (FECO =94.2 %) at a moderate potential in CO2 electroreduction, accompanied with good stability. Moreover, Co-PPOLs reach an industrial-level current above 200 mA in a membrane electrode assembly reactor, and maintain near-unity CO selectivity (FECO >90 %) over 20 h in CO2 electrolysis.
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