GC-DFT-Based Dynamic Product Distribution Reveals Enhanced CO2-to-Methanol Electrocatalysis Durability by Heterogeneous CoPc

产品分销 电催化剂 选择性 耐久性 甲醇 电化学 法拉第效率 化学 催化作用 吸附 材料科学 电极 有机化学 物理化学 复合材料
作者
Zhiyuan Xu,Chao Ma,Beibei Tang,Jing Dong,Qi Zhang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:: 294-307
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.4c02755
摘要

Heterogeneous cobalt phthalocyanine has emerged as a promising molecular catalyst for electrochemical reduction of CO2 to methanol. Boosting both electrocatalytic durability and selectivity remains a great challenge, which is more difficult with unknown regulation factors for the HER side reaction. Herein, to discover the key to balancing the durability and selectivity, as well as HER regulation, we carried out GC-DFT calculations, based on which dynamic product distribution modeling was conducted to visually present the variation of the product distribution within the applied voltage range. The strongly electron-donating NMe2-substituted CoPc is found to be an excellent candidate. The dynamic product distribution reveals that the key to selectivity and durability balance is to regulate both the potential of the highest methanol Faradaic efficiency and the corresponding energy barrier of the selectivity-determining step for hydrogenated CoPc. The pivotal factor in HER regulation stems from hindered H adsorption due to ligand hydrogenation, arising from the decreased Co-to-H charge transfer. The dynamic product distribution analysis provides intuitive theoretical guidance for highly selective and durable CO2 electroreduction.
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