Le strutture organiche covalenti (COF) sono una classe speciale di materiali composta da elementi organici interconnessi tenuti insieme da forti legami chimici. Caratterizzati da atomi distribuiti uniformemente e abbondante spazio vuoto interno, i COF possono essere utilizzati come punto di partenza per lo sviluppo di materiali funzionali a base di carbonio.
Quando sono sottoposti ad alte temperature, i COF perdono la loro forma piatta bidimensionale (2D) e diventano una struttura tridimensionale (3D). Per ottenere la riduzione dell'anidride carbonica (CO2 RR) catalizzatori con grande porosità, alta conduttività e abbondanza di siti marginali per eteroatomi drogati, il controllo della struttura del carbonio derivato da COF è di vitale importanza ma è ancora sottoesplorato.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Zeng Gaofeng e Xu Qing presso l'Istituto di ricerca avanzata di Shanghai (SARI) dell'Accademia cinese delle scienze, in collaborazione con il Prof. He Yue dell'Università Jiao Tong di Shanghai, utilizzando la strategia di sintesi del modello, ha sviluppato derivati da COF carboni di diverse dimensioni per catalizzare la CO2 RR. Lo studio è stato pubblicato su SusMat .
I ricercatori hanno sintetizzato i carboni derivati da COF da 1D a 3D mediante metodi di pirolisi modello. Per il carbonio 1D, uno strato di COF è stato depositato su nanotubi di carbonio (CNT) come modello, mentre per il carbonio 2D, i COF sono stati depositati su grafene (Gr).
I ricercatori hanno anche carbonizzato direttamente il precursore COF per creare carbonio 3D. Il precursore del COF utilizzato negli esperimenti era TP-BPY-COF che è stato sintetizzato da sostanze chimiche specifiche utilizzando metodi solvotermici.
Gli spettri EXAFS hanno mostrato che i materiali di carbonio risultanti derivati da COF contenevano numerosi siti di azoto (N), che fungevano da centri catalitici, in particolare sotto forma di CoN5 . Tra i vari catalizzatori testati, il catalizzatore 1D basato su COF ha mostrato prestazioni eccezionali grazie alla sua forte affinità per la CO2 , un numero maggiore di siti difettosi e una conduttività elettronica superiore. Queste qualità hanno comportato una maggiore CO2 Attività RR e selettività verso il prodotto desiderato (CO), rispetto ai catalizzatori 2D e 3D.
I risultati di questo studio non solo presentano l’importanza di personalizzare la struttura dei carboni derivati dal COF per migliorare la loro efficacia come catalizzatori nella CO2 reazioni di riduzione, ma forniscono anche una nuova prospettiva per sviluppare catalizzatori efficienti basati su COF. Impiegando materiali di carbonio derivati dalla COF come catalizzatori per la CO2 elettroriduzione, CO2 possono essere potenzialmente convertiti in preziosi composti chimici o addirittura in combustibili rinnovabili.
Ulteriori informazioni: Guojuan Liu et al, Ingegneria dimensionale di carboni derivati da strutture organiche covalenti per la riduzione elettrocatalitica del biossido di carbonio, SusMat (2023). DOI:10.1002/sus2.167
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
