Structural Regulation of Coupled Phthalocyanine–Porphyrin Covalent Organic Frameworks to Highly Active and Selective Electrocatalytic CO2 Reduction

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作者
Junjie Yuan,Shengtao Chen,Yanyan Zhang,Renjie Li,Jing Zhang,Tianyou Peng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (30) 被引量:96
标识
DOI:10.1002/adma.202203139
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) have been applied as potential electrocatalysts for CO2 reduction reaction (CO2 RR) due to their adjustable architecture and porous feature. Herein, tetraanhydrides of 2,3,9,10,16,17,23,24-octacarboxyphthalocyanine cobalt(II) (CoTAPc) are used as nodes to couple with 5,15-di(4-aminophenyl)-10,20-diphenylporphyrin (DAPor) or 5,15,10,20-tetrayl(4-aminophenyl)porphyrin (TAPor) via imidization reaction to fabricate novel coupled phthalocyanine-porphyrin Type 1:2 (CoPc-2H2 Por) or Type 1:1 (CoPc-H2 Por) COFs. Electrocatalytic CO2 RR experiments show that both Type 1:2 and Type 1:1 COFs exhibit the maximum Faraday efficiency over 90% with high stability, while the Type 1:2 COF (CoPc-2H2 Por) delivers lower overpotential, higher current density, and CO selectivity than Type 1:1 COF (CoPc-H2 Por) and CoPc monomer. Theoretical and experimental results reveal that the better CO2 RR activity of CoPc-2H2 Por than CoPc-H2 Por can be attributed to its larger pore size and conjugate structure, which then cause more efficient electron transfer, adsorption/activation of CO2 , faster mass transfer, and reaction kinetics. This work provides a new idea in the structural design of COF-based electrocatalyst for efficient CO2 RR.
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