Molecular Modulation of Sequestered Copper Sites for Efficient Electroreduction of Carbon Dioxide to Methane

材料科学 甲烷 法拉第效率 二氧化碳 电化学 二氧化碳电化学还原 无机化学 碳纤维 可逆氢电极 化学工程 电极 有机化学 复合材料 催化作用 一氧化碳 冶金 工作电极 化学 工程类 物理化学 复合数
作者
Kefan Zhang,Jie Xu,Tianran Yan,Jia Horng Lin,Jie Zhang,Chaochen Shao,Liang Zhang,Na Han,Yanguang Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (17) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adfm.202214062
摘要

Abstract The sustainable production of methane (CH 4 ) via the electrochemical conversion of carbon dioxide (CO 2 ) is an appealing approach to simultaneously mitigating carbon emissions and achieving energy storage in chemical bonds. Copper (Cu) is a unique material to produce hydrocarbons and oxygenates. However, selective methane generation on Cu remains a great challenge due to the preferential *CO dimerization pathway toward multi‐carbon (C 2+ ) products at neighboring catalytic sites. Herein, a conjugated copper phthalocyanine polymer (CuPPc) is designed by a facile solid‐state method for highly selective CO 2 ‐to‐CH 4 conversion. The spatially isolated CuN 4 sites in CuPPc favor the *CO protonation to generate the key *CHO intermediate, thus significantly promoting the formation of CH 4 . As a result, the CuPPc catalyst exhibits a high CH 4 Faradaic efficiency of 55% and a partial current density of 18 mA cm −2 at −1.25 V versus the reversible hydrogen electrode. It also stably operates for 12 h. This study may offer a new solution to regulating the chemical environment of the active sites for the development of highly efficient copper‐based catalysts for electrochemical CO 2 reduction.
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