A Stable and Low-Cost Metal-Azolate Framework with Cyclic Tricopper Active Sites for Highly Selective CO2 Electroreduction to C2+ Products

电催化剂 电化学 催化作用 法拉第效率 化学 吸附 金属 密度泛函理论 星团(航天器) 无机化学 电极 物理化学 有机化学 计算化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Da-Shuai Huang,Haolin Zhu,Zhen‐Hua Zhao,Jia‐Run Huang,Pei‐Qin Liao,Xiao‐Ming Chen
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (14): 8444-8450 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c01681
摘要

The electrochemical reduction of CO2 into multicarbon (C2+) products is important and challenging. Here, we show a stable and low-cost metal-azolate framework, namely, [Cu3(μ3-OH)(μ3-trz)3(OH)2(H2O)4] (Cutrz, Htrz = 1,2,4-triazole), based on the cyclic trinuclear clusters {Cu3(μ3-OH)(trz)3}2+ as the electrocatalyst for highly efficient and selective electroreduction of CO2 to C2+ hydrocarbons (Faradaic efficiencies of C2+ and C2H4 are 80 and 50%, respectively) and a current density of 280 mA cm–2 at the potential of −0.8 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), representing remarkable performance reported to date. In situ infrared spectroscopy spectra and density functional theory calculations revealed that the cyclic trinuclear cluster {Cu3(μ3-OH)(μ3-trz)3}2+ acts as the electrochemical active site and that three *CO species can be simultaneously adsorbed on the same side of the active sites with three closely adjacent copper ions, thus giving a higher *CO coverage and higher C–C coupling probability compared to those of the traditional dicopper active sites. More importantly, Cutrz can be easily synthesized at the kilogram scale using an environmentally benign method under ambient conditions, highlighting the promising potential industrial implementation.
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