Regulating the cobalt phthalocyanine molecules by introducing adjacent cubic molybdenum carbide nanoparticles for accelerated proton transfer towards efficient CO2 reduction reaction

材料科学 纳米颗粒 质子 还原(数学) 碳化物 立方晶系 分子 酞菁 化学工程 纳米技术 结晶学 化学 冶金 有机化学 物理 工程类 量子力学 数学 几何学
作者
Yunxiang Lin,Shaocong Wang,Hengjie Liu,Xue Liu,Li Yang,Xiaozhi Su,Lei Shan,Xiyu Li,Li Song
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf010
摘要

The electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) is an important application that can considerably mitigate environmental and energy crises. However, the slow proton-coupled electron transfer process continues to limit overall catalytic performance. Fine-tuning the reaction microenvironment by accurately constructing the local structure of catalysts provides a novel approach to enhancing reaction kinetics. Here, cubic-phase α-MoC1-x nanoparticles were incorporated into a carbon matrix and coupled with cobalt phthalocyanine molecules (α-MoC1-x-CoPc@C) for the co-reduction of CO2 and H2O, achieving an impressive Faradaic efficiency for CO close to 100%. Through a combination of in-situ spectroscopies, electrochemical measurements, and theoretical simulations, it is demonstrated that α-MoC1-x nanoparticles and CoPc molecules with optimized local configuration serve as the active centers for H2O activation and CO2 reduction, respectively. The interfacial water molecules were rearranged, forming a dense hydrogen bond network on the catalyst surface. This optimized microenvironment at the electrode-electrolyte interface synergistically enhanced water dissociation, accelerated proton transfer, and improved the overall performance of CO2RR.
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