(a) Confronto di diverse strutture molecolari e siti catalitici (Ni-TPYP, Ni-TPYP-1, Ni-TPP e TPYP), (B, c) Profilo di energia libera calcolato per la reazione di riduzione della CO2 verso la produzione di CO, (d) Percorso reattivo di conversione CO2-to-CO simulato sulla molecola Ni-TPYP. Credito:autori
Elettrocatalizzatori nanostrutturati N-drogati o N-eterociclici per CO . elettrocatalitica 2 reazione di riduzione hanno compiuto importanti progressi nella selettività del prodotto. Per un ulteriore sviluppo, è importante identificare l'esatta origine dell'attività di questi elettrocatalizzatori. Gli elettrocatalizzatori di cristallo con strutture accurate possono fornire una piattaforma di ricerca visiva per identificare i siti attivi catalitici e studiare il meccanismo di reazione. L'attività catalitica della piridina N per la CO 2 l'elettroriduzione è stata inizialmente determinata strutturalmente dal sistema modello composto di coordinazione supramolecolare di cristallo.
CO 2 la reazione di elettroriduzione guidata dall'elettricità rinnovabile è un modo efficace per ridurre la concentrazione di CO 2 nell'atmosfera e alleviare i problemi ambientali come il riscaldamento globale. Può convertire CO 2 in prodotti di valore (come CO, HCOOH, CH 4 ) per realizzare un ciclo del carbonio efficace. Attualmente, gli elettrocatalizzatori ad alta efficienza segnalati per la CO . elettrocatalitica 2 reazione di riduzione (CO 2 RR) si concentrano principalmente sui nanomateriali. Tra loro, Gli elettrocatalizzatori nanostrutturati drogati con N o N-eterociclici hanno compiuto importanti progressi nella conversione del prodotto di riduzione e nell'efficienza di Faraday. Però, a causa della mancanza di informazioni strutturali precise e chiare e di altri fattori di influenza (inclusi difetti e impurità), è ancora difficile determinare l'attività dei siti N in questi elettrocatalizzatori.
In questo caso, gli elettrocatalizzatori di cristallo con struttura cristallina hanno grandi vantaggi nella risoluzione dei problemi di cui sopra, perché le loro informazioni accurate sulla struttura possono fornire una piattaforma di ricerca visiva per identificare i siti attivi catalitici e studiare il meccanismo di reazione. Complessi metalloporfirinici applicati in CO 2 RR ha molti vantaggi. Tra loro, l'anello rigido con sistema π-elettronico coniugato della metalloporfirina è favorevole alla rapida migrazione degli elettroni. Ma ancora più importante, le loro chiare informazioni sulla struttura molecolare e la sintonizzabilità strutturale sono molto utili per studiare i meccanismi di reazione e ottimizzare razionalmente le prestazioni catalitiche.
Basato su questo, stabilire un ragionevole sistema di modelli cristallini per identificare con precisione l'attività dei siti catalitici nell'elettrocatalisi è molto importante per lo sviluppo della CO elettrocatalitica 2 RR.
In un nuovo documento di ricerca pubblicato in National Science Review (NSR) , il gruppo di ricerca del professor Ya-Qian Lan della Nanjing Normal University, per la prima volta ha stabilito un sistema modello composto di coordinazione supramolecolare cristallino (incluso Ni-TPYP, Ni-TPYP-1 e Ni-TPP, come mostrato in Figura 1) per identificare strutturalmente l'attività catalitica della piridina N per la CO . elettrocatalitica 2 RR. Questo lavoro è di grande importanza per comprendere l'attività catalitica e il meccanismo di reazione degli elettrocatalizzatori nanostrutturati drogati con N o N-eterociclici nella CO elettrocatalitica 2 RR.
Calcoli sperimentali e teorici mostrano che la fase determinante la velocità (RDS) della CO . elettrocatalitica 2 RR in questo sistema è la formazione di COOH. In questo passaggio, l'energia richiesta per il sito attivo Ni (indicato come Ni1) in Ni-TPYP e il sito attivo Ni (indicato come Ni2) in Ni-TPP sono quasi gli stessi (1,60 eV e 1,59 eV) ed entrambi sono superiori a quella di attivo piridina N (indicata come N, 0,97 eV) in Ni-TPYP, indicando che il sito N ha una CO . più alta 2 attività di elettroriduzione rispetto ai siti Ni2 e Ni1, questo è, la piridina attiva N è un sito attivo catalitico più adatto.
