南京师范大学的CO2电化学还原制乙烯研究获进展

近日，南京师范大学的研究团队设计并合成了3个同象的Cu3-X簇合物(Cu3-Cl，Cu3-Br，Cu3-NO3)。该化合物由氧心三核铜簇合物({Cu3(μ3-OH)(μ-pz)3(Im)3}2+)(记为{Cu3})和反阴离子组成。该{Cu3}团簇活性中心预设计可助力CO2电化学还原制乙烯，相关研究成果发表于《德国应用化学》杂志。

Cu3-X簇合物具有优异的电化学稳定性，用作CO2电催化(CO2RR)反应多相催化剂时，都成功实现了CO2电化学还原为乙烯。Cu3-X团簇催化CO2转化为乙烯的选择性随其晶体结构中反阴离子的变化而明显不同。与可逆氢电极(vs.RHE)相比，在-0.7 V电压下，Cu3-Br在大电流密度(129.58 mA/cm2)下产生C2H4的法拉第效率(FE)高达55.01%，且在较宽的电位范围(-0.7～1.1 V)保持该选择性。Cu3-Br是电化学CO2转化为C2H4过程中性能最好且稳定的金属-有机配合物催化剂之一。而在-0.9 V和-0.8 V时，Cu3-Cl和Cu3-NO3催化的C2H4的FE分别达到47.68%和31.90%。

3种簇合物的不同催化性能源于相对阴离子体积不等，并以不同的强度与{Cu3}单元结合，从而影响CO2分子数和3种催化剂对C2H4的最佳选择性。理论计算结果进一步证实Cu3-X中相邻的两个具有相同配位环境的催化活性中心有利于吸附在其上的活性中间体CH*O的C—C偶联，从而促进CO2高选择性电化学转化为对称的C2H4分子。

该研究工作对CO2电化学还原制乙烯研究提供了分子模型设计等借鉴。

[中国石化有机原料科技情报中心站供稿]