Fabrication of Ultrahigh‐Loading Dual Copper Sites in Nitrogen‐Doped Porous Carbons Boosting Electroreduction of CO2 to C2H4 Under Neutral Conditions

材料科学 纳米笼 电解质 催化作用 电化学 法拉第效率 可逆氢电极 金属 无机化学 电极 冶金 物理化学 有机化学 工作电极 化学
作者
Jin‐Meng Heng,Haolin Zhu,Zhen‐Hua Zhao,Pei‐Qin Liao,Xiao‐Ming Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202415101
摘要

Abstract Synthesis of high‐loading atomic‐level dispersed catalysts for highly efficient electrochemical CO 2 reduction reaction (eCO 2 RR) to ethylene (C 2 H 4 ) in neutral electrolyte remain challenging tasks. To address common aggregation issues, a host‐guest strategy is employed, by using a metal‐azolate framework ( MAF‐4 ) with nanocages as the host and a dinuclear Cu(I) complex as the guest, to form precursors for pyrolysis into a series of nitrogen‐doped porous carbons (NPCs) with varying loadings of dual copper sites, namely NPC MAF‐4 ‐Cu 2 ‐21 (21.2 wt%), NPC MAF‐4 ‐Cu 2 ‐11 (10.6 wt%), and NPC MAF‐4 ‐Cu 2 ‐7 (6.9 wt%). Interestingly, as the loading of dual copper sites increased from 6.9 to 21.2 wt%, the partial current density for eCO 2 RR to yield C 2 H 4 also gradually increased from 38.7 to 93.6 mA cm −2 . In a 0.1 m KHCO 3 electrolyte, at −1.4 V versus reversible hydrogen electrode ( vs . RHE), NPC MAF‐4 ‐Cu 2 ‐21 exhibits the excellent performance with a Faradaic efficiency of 52% and a current density of 180 mA cm −2 . Such performance can be attributed to the presence of ultrahigh‐loading dual copper sites, which promotes C─C coupling and the formation of C 2 products. The findings demonstrate the confinement effect of MAF‐4 with nanocages is conducive to the preparation of high‐loading atomic‐level catalysts.
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