(a) Comparación de diferentes estructuras moleculares y sitios catalíticos (Ni-TPYP, Ni-TPYP-1, Ni-TPP y TPYP), (B, c) Perfil de energía libre calculado para la reacción de reducción de CO2 hacia la producción de CO, (d) Vía reactiva simulada de conversión de CO2 a CO sobre la molécula de Ni-TPYP. Crédito:Autores
Electrocatalizadores nanoestructurados N-dopados o N-heterocíclicos para CO electrocatalítico 2 reacción de reducción han logrado importantes avances en la selectividad del producto. Para un mayor desarrollo, es importante identificar el origen exacto de la actividad de estos electrocatalizadores. Los electrocatalizadores de cristal con estructuras precisas pueden proporcionar una plataforma de investigación visual para identificar sitios catalíticos activos y estudiar el mecanismo de reacción. La actividad catalítica de piridina N para CO 2 La electrorreducción se determinó por primera vez estructuralmente mediante un sistema de modelo compuesto de coordinación cristalina supramolecular.
CO 2 La reacción de electrorreducción impulsada por electricidad renovable es una forma eficaz de reducir la concentración de CO 2 en la atmósfera y aliviar problemas ambientales como el calentamiento global. Puede convertir CO 2 en productos valiosos (como CO, HCOOH, CH 4 ) para realizar un ciclo de carbono eficaz. En el presente, los electrocatalizadores altamente eficientes reportados para CO electrocatalítico 2 reacción de reducción (CO 2 RR) se concentran principalmente en nanomateriales. Entre ellos, Los electrocatalizadores nanoestructurados N-dopados o N-heterocíclicos han logrado importantes avances en la conversión de productos de reducción y la eficiencia de Faraday. Sin embargo, debido a la falta de información estructural precisa y clara y a otros factores que influyen (incluidos defectos e impurezas), todavía es difícil determinar la actividad de los sitios N en estos electrocatalizadores.
En este caso, Los electrocatalizadores de cristal con estructura de cristal transparente tienen grandes ventajas para resolver los problemas anteriores. porque su información de estructura precisa puede proporcionar una plataforma de investigación visual para identificar sitios activos catalíticos y estudiar el mecanismo de reacción. Complejos de metaloporfirina aplicados en CO 2 RR tiene muchas ventajas. Entre ellos, el anillo rígido con el sistema de electrones π conjugados de metaloporfirina favorece la migración rápida de electrones. Más importante, su clara información de estructura molecular y su capacidad de sintonización estructural son muy útiles para estudiar los mecanismos de reacción y optimizar racionalmente el rendimiento catalítico.
Basado en esto, Establecer un sistema de modelo de cristal razonable para identificar con precisión la actividad de los sitios catalíticos en la electrocatálisis es muy importante para el desarrollo de CO electrocatalítico. 2 RR.
En un nuevo artículo de investigación publicado en Revista Nacional de Ciencias (NSR) , el grupo de investigación del profesor Ya-Qian Lan de la Universidad Normal de Nanjing, estableció por primera vez un sistema de modelo de compuesto de coordinación supramolecular cristalino (incluido Ni-TPYP, Ni-TPYP-1 y Ni-TPP, como se muestra en la Figura 1) para identificar estructuralmente la actividad catalítica de piridina N para CO electrocatalítico 2 RR. Este trabajo es de gran importancia para comprender la actividad catalítica y el mecanismo de reacción de los electrocatalizadores nanoestructurados N-dopados o N-heterocíclicos en CO electrocatalítico. 2 RR.
Los cálculos experimentales y teóricos muestran que el paso de determinación de la velocidad (RDS) del CO electrocatalítico 2 RR en este sistema es la formación de COOH. En este paso, la energía requerida para el sitio activo de Ni (denotado como Ni1) en Ni-TPYP y el sitio activo de Ni (denotado como Ni2) en Ni-TPP son casi iguales (1,60 eV y 1,59 eV) y ambos son más altos que los de piridina N (denotado como N, 0,97 eV) en Ni-TPYP, lo que indica que el sitio N tiene más CO 2 actividad de electrorreducción que los sitios de Ni2 y Ni1, es decir, piridina N activa es un sitio activo catalítico más adecuado.
