基于氨基的D-A结构助力CO2转化为CH4
电催化co2还原反应(co2rr)是一种绿色环保的降低co2排放的有效方法。分子催化剂以其精确的催化位点和可调配体等优点，在电化学co2还原反应(co2rr)中受到越来越多的关注。然而，深度还原产物的活性不足和选择性低限制了分子催化剂在co2rr中的应用。近日，复旦大学郑耿锋课题组报道了一种供体-受体修饰的铜卟啉(cutapp)，其中连接的氨基向cun4中心位点提供电子以增强co2rr活性。
以1m koh为电解质，在流动池中进行了电化学co2rr实验。cutapp催化剂在无co2存在时的起始电位比有co2存在时的起始电位更负，在-1.83 vrhe下的电流密度达到720 ma cm-2；cutapp的还原产物包括h2、co、ch4和c2h4，主要产物为低电位下的co (feco≈47.7%，-0.63 vrhe)和较高电位下的ch4(fech4≈54.8%，-1.63 vrhe)，并且cutapp具有最低的h2选择性(feh2<30%)。cutapp还具有优异的稳定性，其可在500 ma cm-2电流密度下连续运行10小时而没有发生明显的电压和结构变化。
利用密度泛函理论(dft)计算研究了cutapp的催化机理。在cutapp中引入氨基导致最高占用分子轨道-最低未占用分子轨道(homo-lumo)间隙缩小，这有利于加快电化学co2转化为ch4的电子转移。
此外，cutapp吸附氢的能力减弱，可以更有好地产生表面*h，有助于co2转化为ch4的多步质子偶合电子转移反应(pcet)的发生。*cho在cutapp分子的cu位点上的吸附导致外围氨基上的电子密度减少，表明从氨基到cun4位点(即d-a结构)的电子转移，然后到吸附的* cho中间体。
密度泛函理论(dft)计算清楚地表明，基于氨基的d-a结构的引入使得在cutapp上的表面电子构型的调制成为可能，从而促进了电子转移的形成并促进了co2转化为ch4。
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