含氟石墨烯上的过渡金属：可调疏水性以实现高效的二氧化碳还原

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Transition Metals on Fluorine-Containing Graphyne with Tunable Hydrophobicity for Effective CO2 Reduction

通过芳香亲核取代策略合成含氟石墨烯（F-GYs），调控表面亲水性以优化单原子/纳米团金属催化剂（Co、Ni、Cu、Pd、Rh、Ag）的CO?甲烷化电催化性能，实现76.3%最优法拉第效率，并证实C-F键抑制界面水扩散，形成高效亲水微环境。

　　

负载在碳材料上的过渡金属催化剂在各种催化反应中起着关键作用。通过调节碳材料的化学结构，可以有效地微调金属活性位点的微环境，从而改善其催化性能；然而，实现精确控制仍然具有挑战性。本文采用了一种芳香族亲核取代策略来合成一系列氟杂炔（F-GYs），通过调节氟含量来控制表面的润湿性。尽管氟含量的增加会导致一些结构上的变化，但制备得到的F-GYs仍保留了典型的sp-sp²共轭结构，使其适用于负载单原子（SA）和纳米簇（NC）金属（Co、Ni、Cu、Pd、Rh和Ag）。在一个概念验证实验中，发现高氟含量的F-GY载体上的单原子Cu对电化学CO₂转化为CH₄的过程更为有利，这得益于单原子Cu的活性以及由此产生的疏水微环境，使得CH₄产生的法拉第效率达到了76.3%。原位电化学拉曼光谱研究表明，F-GY中的共价C–F键抑制了水分子在电极界面处的扩散，从而创造了高度疏水的微环境，有利于电化学CO₂甲烷化反应的进行。这项工作提出了一种新型的设计方法，能够通过调节表面的疏水性来制备具有可调微环境的催化剂，为通过精确的表面修饰提高CO₂转化的选择性和效率提供了多功能平台。