Katalytisk konvertering af affald Co2 I værditilvækst brændstoffer og kemikalier giver hidtil uset muligheder for både miljøbeskyttelse og økonomisk udvikling. Elektrokatalytisk co2 Reduktionsreaktion (co2RR) har fået betydelig opmærksomhed for sin evne til effektivt at konvertere CO2 til ren kemisk energi under milde forhold. Imidlertid bliver den relativt høje energibarriere for *COOH -mellemdannelse ofte det afgørende trin i CO2RR, væsentligt begrænsende reaktionseffektivitet.
Inspireret af enzymkatalyse, et team ledet af prof. Jiang Hai-long og prof. Jiao Long fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) udviklede en ny strategi for at stabilisere *COOH-mellemliggende og forbedre den elektrokemiske co2 Reduktion ved at konstruere og modulere det hydrogenbindingsmikromiljø omkring katalytiske steder. Deres arbejde offentliggøres i Forløb af National Academy of Sciences.
I dette arbejde co-podede teamet katalytisk aktive CO (Salen) enheder og proksimale pyridyl-substituerede alkylcarboxylsyrer (X-PYCn) på HF-baserede MOF-nanosark (MOFN’er) via en postdekorationsrute, der giver CO & X-PYCn/MOFN’er (x = O, m eller p, der repræsenterer ortho-, meta- eller para- placering af pyridin n i forhold til alkylkæde; n = 1 eller 3, der repræsenterer carbonatomantallet af alkylkæder) materialer.
CO & X-PYCn/MOFN’er opnår præcis kontrol over den rumlige positionering af N -atomerne i pyridingrupper i forhold til CO (Salen), som giver en ny og let tilgang til mikromiljømodulation omkring katalytiske steder i atomskala.
Blandt katalysatorerne, den optimerede co & p-pyc3/MOFNS udviser markant forbedret katalytisk aktivitet og selektivitet i elektrokemisk CO2 Reduktion, overlegen CO/MOFN’er uden pyridinenhed og anden CO & X-PYCn/MOFNS -modstykker.
Desuden observeres den in situ -reduktion af pyridin til pyridinylradikal (Pyrh •) under elektrokemisk CO2 Reduktion og in situ dannet pyrh • Arter bekræftes at være det virkelige mikromiljø omkring CO (Salen) for forbedret ydelse.
Mekanismeundersøgelser afslører, at pyrh • kan samarbejde med trifluoroethanol (TFE) molekyler i elektrolyt for at stabilisere *COOH-mellemproduktet ved at generere *COOH ··· TFE ··· Pyrh • triad-mellemprodukt via hydrogen-binding interaktion, hvilket minimerer reaktionsenergi-barrierer. Dette giver et klart billede af arbejdstilstanden for mikromiljø til præstationsoptimering under katalysen.
Dette arbejde demonstrerer entydigt betydningen af mikromiljømodulation omkring katalytiske steder til forbedring af katalyse, hvilket baner en ny måde til at forstå mekanismen i fremtidige katalyseundersøgelser.