研究内容

全球变暖导致二氧化碳(CO 2 )不断向大气中释放，造成了严重的气候和环境危害，危及人类社会的可持续发展。由可再生电力驱动的电催化CO 2 还原(CO 2 R)被认为是实现碳中和的一种解决方案，因为它不仅消耗CO 2 ，还产生增值的化学品和燃料。打破大环分子催化剂的方形平面M-N 4 构型中的D 4h 对称性见证了电催化活性的增强，但以牺牲电化学稳定性为代价。

苏州大学彭扬、邓昭和惠静姝 假设在电催化CO 2 还原过程中应用脉冲电位电解(PPE)可以克服N-混淆的铜(II)四苯基卟啉(CuNCP)中活性Cu-N 3 基序的不稳定性。在流动池中，在>60%的法拉第效率(FE)下，应用PPE确实可以将CuNCP上的CH 4 选择性提高3倍，达到170 mA cm -2 的部分电流密度。相关工作以“ Pulse Electrolysis Turns on CO 2 Methanation through N-Confused Cupric Porphyrin ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者设计并合成了两种铜卟啉化合物，其中一种化合物在四苯基卟啉的结构中包含一个混淆的吡咯基序。具有正方形平面Cu-N 4 中心的对称铜四苯基卟啉(CuTPP)和具有不太对称的Cu-N 3 C中心的N-混淆铜四苯基卟吩(CuNCP)的化合物。

要点2. 具有正方形平面Cu-N 4 中心的对称铜四苯基卟啉(CuTPP)比具有不太对称的Cu-N 3 C中心的N-混淆铜四苯基卟吩(CuNCP)的化合物表现出更好的电化学稳定性，但较差的CO 2 RR活性。更重要的是，应用PPE可以将后者的CH 4 产量大大提高3倍，在>60%FE时达到170 mA cm -2 的部分电流密度。。

要点3 . 非原位X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和原位X射线吸收光谱(XAS)、红外(IR)、拉曼、扫描电化学显微镜(SECM)的表征表明，在长时间尺度上，CuNCP的去络合是不可避免的，并且在具有较低pH和富集质子的高阳极偏压下促进的水离解促进*CO在不可逆还原的Cu纳米颗粒上的连续氢化，从而提高CH 4 选择性。

这项研究意味着电解方案对催化剂结构的适应，以调整局部化学环境，实现有效的CO 2 还原。

研究图文

图1. CuNCP和CuTPP的合成与表征。

图2. CuTPP和CuNCP在CPE下的电催化CO 2 RR性能。

图3. 参照CuO和Cu箔在CPE下对CuNCP和CuTPP的XAS表征。

图4. 在PPE条件下CuNCP的CO 2 RR性能。

图5. 原位表征以研究在PPE条件下CuNCP上的增强甲烷化。

图6. 原位SECM表征。

文献详情

Pulse Electrolysis Turns on CO 2 Methanation through N-Confused Cupric Porphyrin

Wei Hua, Tingting Liu, Zhangyi Zheng, Huihong Yuan, Long Xiao, Kun Feng, Jingshu Hui,* Zhao Deng,* Mutian Ma, Jian Cheng, Daqi Song, Fenglei Lyu, Jun Zhong, Yang Peng*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202315922

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