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彭天右、李仁杰课题组在《先进材料》发表二氧化碳还原新进展

发布时间 :2022-07-04 15:16  来源:

 

近日,《先进材料》(Advanced Materials)以研究性论文(Research Article)的形式,在线发表了化学与分子科学学院彭天右、李仁杰课题组关于调控共价有机框架的结构进而提高电催化CO2还原活性的最新研究成果。论文题目为《酞菁-卟啉偶联的共价有机骨架的结构调控以实现高活性和选择性电催化CO2还原》(“Structural Regulation of Coupled Phthalocyanine–Porphyrin Covalent Organic Frameworks to Highly Active and Selective Electrocatalytic CO2Reduction”),彭天右教授、李仁杰副教授为通讯作者,硕士研究生袁君洁为第一作者。

开发新型的清洁能源和减少温室气体排放为21世纪全世界关注的重点问题。彭天右课题组一直致力于基于光催化和电催化的能源转换研究(Appl. Catal. B2019, 248, 477,Appl. Catal. B2019, 241, 130,Appl. Catal. B2019, 254, 351,Appl. Catal. B2020, 263, 118353,Appl. Catal. B2020, 279, 119377)。近年来,课题组致力于卟啉、酞菁基聚合物光(电)催化材料的调控合成与性能研究,采用Sonogashira反应将两个卟啉单元偶联用于光催化制氢领域(Adv. Funct. Mater.2021, 31, 2009819),进一步在BiVO4上原位聚合可实现光催化全水分解(Adv. Energy Mater.2021, 11, 2003575)或CO2还原(Appl. Catal. B2021, 291, 120128)。此外,还将卟啉与富电子的钳形配体用亚胺键连接获得的聚合物用于电催化析氢(Adv. Funct. Mater.2021, 31, 2107290)。

在这些研究的基础上,该课题组进一步将卟啉和酞菁通过亚胺化反应偶联形成共价有机框架材料,并将其用于电催化CO2还原领域。结果表明,它的催化活性优于CoPc单体,这归因于共价有机框架材料能够暴露出更多的活性位点以及钴中心的富电子环境。除此之外,该项工作通过改变卟啉的结构进而改变框架材料的孔结构,结果表明孔径更大的框架材料具有更好的CO2还原本征活性,这可能与它更容易吸附CO2有关。通过理论计算也进一步验证了,孔径更大对CO2的吸附和活化更有利。这项工作为基于卟啉、酞菁聚合物的CO2还原光/电催化剂的结构设计提供了一种新的思路,揭示了电催化剂的孔结构在CO2还原反应中的重要作用。

该项工作得到了课题组张静副教授和湖北大学张跃兴教授的大力支持和国家自然科学基金(21975190、21871215、21631003和21573166)、深圳市科技计划项目(JCYJ20180302153921190)和湖北省创新研究群体基金(2014CFA007)的经费支持。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202203139