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                葉汝全等Nat. Catal.:CNTs載體增強分子電催化劑的活性!
                來源: 時間:2023-09-01 16:19:12 瀏覽:1694次

                第一作者:Jianjun Su、Charles B. Musgrave III

                通訊作者:葉汝全教授、William A. Goddard III

                通訊單位:香港城市大學、加州理工學院

                DOI: 10.1038/s41929-023-01005-3


                01

                研究背景

                支撐誘發應變工程有助于調控二維(2D)材料的性能,但由于平面分子的橫向尺寸小于2 nm,控制其應變在技術上還具有挑戰性,同時應變對分子性質的影響仍然知之甚少。基于此,香港城市大學葉汝全教授和加州理工學院William A. Goddard III等人報道了碳納米管(CNTs)在多相電催化中的作用。由于近年來合成和純化技術的進步,CNTs的直徑可以控制在2 nm到50 nm之間,使其成為在亞2 nm平面分子中誘導應變的理想載體。在文中,作者合成了單壁碳納米管(SWCNTs)負載分散的酞菁鈷(CoPc),即CoPc/SWCNTs,并用于CO2還原。


                02

                文章要點

                1、通過X射線光譜和其他光譜結合,作者研究了在不同碳納米管上單分散前后分子CoPc的結構,觀察到SWCNTs存在明顯的分子畸變和強烈的分子-碳納米管相互作用,并通過密度泛函理論(DFT)計算得到證實。作者發現增加的分子曲率加強了*CO的吸收,使得進一步還原為甲醇,而平坦的CoPc有利于CO的解吸,從而形成CO作為主要產物。

                2、在串聯流動電解槽中,CoPc/SWCNTs催化CO2還原時,實現了超過90 mA cm-2的甲醇局部電流密度,選擇性大于60%,超過了寬多壁CNTs的16.6%。

                3、此外,對比CoPc/MWCNTs,扭曲的CoPc/SWCNTs的甲醇法拉第效率(FEMeOH)提高了385%。作者還將這些發現擴展到SWCNTs的氧還原反應(ORR)和CO2RR研究,它們也表現出應變依賴性的催化活性。


                03

                圖文展示

                 

                圖1. CoPc在不同CNTs上的形態

                 

                圖2. X射線光譜表征

                 

                圖3.電化學CO2還原性能

                 

                圖4.量子力學計算的力學見解

                 

                圖5. 負載其他分子的性能

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