通过固定在碳载体上的四吡啶分子铜配合物实现二氧化碳高效选择性电还原为一氧化碳

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Efficient Selective Electroreduction of CO2 to CO by a Quaterpyridine Molecular Copper Complex Immobilized onto Carbon

通过合成与表征，两种铜(II)配合物[1]和[2]在MWCNTs/glassy carbon电极上实现高效稳定负载，其中[1]配体（8-([2,2′-bipyridin]-6-yl)-2-(pyridin-2-yl)quinoline）展现出更好的CO2电还原催化性能，在-0.55 V vs RHE时实现75% Faradaic效率，且零间隙电解器中效率提升至100%，证实配体拓扑结构对催化活性有显著影响。

　　

本文报道了两种单核铜(II)配合物的合成、光谱和电化学表征，以及它们在异相电化学CO₂还原反应中的催化性能。这两种配合物分别为[Cu(L)]²⁺ (1)和[Cu(QTPy)]²⁺ (2)，其中L = 8-([2,2′-联吡啶]-6-基)-2-(吡啶-2-基)喹啉，QTPy = 2,2′:6′,2″:6″,2?-四吡啶。通过X射线光电子能谱和循环伏安法证实，这两种配合物1和2已成功固定在接枝在玻璃碳电极上的多壁碳纳米管（MWCNTs）上。在中性pH值的水性KHCO₃介质中，研究了这些接枝配合物对二氧化碳的电还原作用。比较实验表明，在相同条件下，含有L的配合物比含有QTPy的配合物具有更好的催化性能。在低过电位（?0.55 V vs 可逆氢电极（RHE）下进行控制电位电解（CPE）时，使用配合物1产生一氧化碳的选择性很高（法拉第效率（FE_CO = 75%））。此外，原位和离位分析显示，在CPE过程中接枝的单核配合物没有发生结构变化，这对于接枝铜体系来说非常罕见；同时，电解质溶液中也没有铜的浸出。值得注意的是，将这些配合物应用于零间隙电解槽后，使用配合物1时FE_CO显著提高，在?0.60 V vs RHE时可达100%，而配合物2的选择性仍然较差，这清楚地表明配体结构对配合物的催化性能具有重要影响。