電化學CO2轉化為CO單原子Ni活性位點的鑑定

2021-01-19 科學網

電化學CO2轉化為CO單原子Ni活性位點的鑑定

作者：

小柯機器人

發布時間：2021/1/10 19:44:49

韓國光州科技學院Chang Hyuck Choi開發了電化學CO2轉化為CO單原子Ni活性位點的鑑定方法。 相關研究成果於2021年1月7日發表在《美國化學會志》。

電催化CO2轉化為增值產品為可持續碳經濟提供了新的範例。對於活性CO2電解，單原子Ni催化劑在實驗中被認為是很有前途的催化劑，但理想化的Ni-N4位在理論上表現出不利的能量特徵，導致了許多關於關於單原子Ni催化劑高活性化學性質的爭論。

為了解決這個難題，研究人員研究了具有明確配位環境的四苯卟啉（N4-TPP）和21-氧雜四苯基卟啉（N3O-TPP）錨定的單原子Ni基催化劑的CO2電解。先進的光譜和計算研究表明，配體場對稱性的破壞是高活性CO2電解的關鍵，導致產生NiI的Ni氧化還原電位的增加。除對催化劑的活性非常重要外，配體場的對稱性和強度還與Ni中心的穩定性直接相關。

這意味著下一步在配位場強度領域尋求活性-穩定性圖，合理設計單原子Ni催化劑的配體場對實現高效CO2電解至關重要。

附：英文原文

Title: Identification of Single-Atom Ni Site Active toward Electrochemical CO2 Conversion to CO

Author: Haesol Kim, Dongyup Shin, Woojin Yang, Da Hye Won, Hyung-Suk Oh, Min Wook Chung, Donghyuk Jeong, Sun Hee Kim, Keun Hwa Chae, Ji Yeon Ryu, Junseong Lee, Sung June Cho, Jiwon Seo, Hyungjun Kim, Chang Hyuck Choi

Issue&Volume: January 7, 2021

Abstract: Electrocatalytic conversion of CO2 into value-added products offers a new paradigm for a sustainable carbon economy. For active CO2 electrolysis, the single-atom Ni catalyst has been proposed as promising from experiments, but an idealized Ni–N4 site shows an unfavorable energetics from theory, leading to many debates on the chemical nature responsible for high activity. To resolve this conundrum, here we investigated CO2 electrolysis of Ni sites with well-defined coordination, tetraphenylporphyrin (N4–TPP) and 21-oxatetraphenylporphyrin (N3O–TPP). Advanced spectroscopic and computational studies revealed that the broken ligand-field symmetry is the key for active CO2 electrolysis, which subordinates an increase in the Ni redox potential yielding NiI. Along with their importance in activity, ligand-field symmetry and strength are directly related to the stability of the Ni center. This suggests the next quest for an activity–stability map in the domain of ligand-field strength, toward a rational ligand-field engineering of single-atom Ni catalysts for efficient CO2 electrolysis.

DOI: 10.1021/jacs.0c11008

Source: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11008

 

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