中山大学廖培钦课题组最新JACS速览——MOFs协同效应促进CO2电分解

第一作者：Meng-Di Zhang    

通讯作者：廖培钦         

通讯单位：中山大学化学学院            

DOI：10.1021/jacs.2c11597

近日，中山大学廖培钦课题组合成了一种稳定的金属-有机框架(PcNi-Co-O)，用于电化学CO₂还原。这种单一配合物，在4.4 V的低电压下电流密度为123 mA cm⁻²，法拉第效率为98%，其表现出显著的高电催化活性和高法拉第效率。机理研究表明，CoO₄/PcNi两个活性位点之间存在协同效应，可分别提高氧化性和还原性，从而提高CO₂电还原。该项工作为优化CO₂电还原反应、设计单一稳定的新型双功能催化剂提供了启示。

图文解析：

在0.1 M的KOH水溶液中，PcNi-Co-O表现出最高的OER性能。在-1.9 V vs. RHE的条件下，电流密度高达168 mA cm^-2且法拉第效率超过94%（图1a-c）,ECCD为44.6 mA cm^-2（图1g），其性能优于目前报导的绝大多数催化剂。此外，PcNi-Co-O连续工作超过12小时，其电流密度和选择性仍维持在同一水平（图1h）。

图1 PcNi-Co-O的电催化性能及稳定性测试

作者通过同步辐射EXAFS对电催化前后的样品进行比较，发现PcNi-Co-O在电催化过程中没有发生明显的结构和配位构型变化，也没有生成金属或金属氧化物（图2）。这说明PcNi-Co-O的高结晶度和强π共轭结构可能对其稳定性起重要作用。

图2 PcNi-Co-O的EXAFS谱图

进一步地，作者通过理论计算发现PcNi-Co-O具有更高的OER活性，PcNi位点对CO₂RR和HER的选择性和活性均远高于其他催化位点。

 图3 OER和CO₂RR的电子结构及机理分析

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