南京師范大學的CO2電化學還原制乙烯研究獲進展

近日，南京師范大學的研究團隊設計并合成了3個同象的Cu3-X簇合物(Cu3-Cl，Cu3-Br，Cu3-NO3)。該化合物由氧心三核銅簇合物({Cu3(μ3-OH)(μ-pz)3(Im)3}2+)(記為{Cu3})和反陰離子組成。該{Cu3}團簇活性中心預設計可助力CO2電化學還原制乙烯，相關研究成果發表于《德國應用化學》雜志。

Cu3-X簇合物具有優異的電化學穩定性，用作CO2電催化(CO2RR)反應多相催化劑時，都成功實現了CO2電化學還原為乙烯。Cu3-X團簇催化CO2轉化為乙烯的選擇性隨其晶體結構中反陰離子的變化而明顯不同。與可逆氫電極(vs.RHE)相比，在-0.7 V電壓下，Cu3-Br在大電流密度(129.58 mA/cm2)下產生C2H4的法拉第效率(FE)高達55.01%，且在較寬的電位范圍(-0.7～1.1 V)保持該選擇性。Cu3-Br是電化學CO2轉化為C2H4過程中性能最好且穩定的金屬-有機配合物催化劑之一。而在-0.9 V和-0.8 V時，Cu3-Cl和Cu3-NO3催化的C2H4的FE分別達到47.68%和31.90%。

3種簇合物的不同催化性能源于相對陰離子體積不等，并以不同的強度與{Cu3}單元結合，從而影響CO2分子數和3種催化劑對C2H4的最佳選擇性。理論計算結果進一步證實Cu3-X中相鄰的兩個具有相同配位環境的催化活性中心有利于吸附在其上的活性中間體CH*O的C—C偶聯，從而促進CO2高選擇性電化學轉化為對稱的C2H4分子。

該研究工作對CO2電化學還原制乙烯研究提供了分子模型設計等借鑒。

[中國石化有機原料科技情報中心站供稿]