Intermediate Binding Control Using Metal–Organic Frameworks Enhances Electrochemical CO2 Reduction

化学 X射线吸收光谱法 选择性 催化作用 电化学 电催化剂 氧化还原 金属有机骨架 组合化学 路易斯酸 无机化学 吸收光谱法 电极 有机化学 物理化学 物理 吸附 量子力学
作者
Dae‐Hyun Nam,Osama Shekhah,Geonhui Lee,Arijit Mallick,Hao Jiang,Fengwang Li,Bin Chen,Joshua Wicks,Mohamed Eddaoudi,Edward H. Sargent
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (51): 21513-21521 被引量:225
标识
DOI:10.1021/jacs.0c10774
摘要

In the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR), control over the binding of intermediates is key for tuning product selectivity and catalytic activity. Here we report the use of reticular chemistry to control the binding of CO2RR intermediates on metal catalysts encapsulated inside metal-organic frameworks (MOFs), thereby allowing us to improve CO2RR electrocatalysis. By varying systematically both the organic linker and the metal node in a face-centered cubic (fcu) MOF, we tune the adsorption of CO2, pore openness, and Lewis acidity of the MOFs. Using operando X-ray absorption spectroscopy (XAS) and in situ Raman spectroscopy, we reveal that the MOFs are stable under operating conditions and that this tuning plays the role of optimizing the *CO binding mode on the surface of Ag nanoparticles incorporated inside the MOFs with the increase of local CO2 concentration. As a result, we improve the CO selectivity from 74% for Ag/Zr-fcu-MOF-1,4-benzenedicarboxylic acid (BDC) to 94% for Ag/Zr-fcu-MOF-1,4-naphthalenedicarboxylic acid (NDC). The work offers a further avenue to utilize MOFs in the pursuit of materials design for CO2RR.
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