這里，展示了石墨炔/石墨烯（GDY/G) 異質結構作為 2D 導電支架來錨定單分散鈷酞菁 (CoPc) ，并用于 CO2還原，表現出可觀的活性、選擇性和耐久性。一系列表征，例如X 射線吸收光譜 (XAS) 和密度泛函理論 (DFT) 計算揭示了 GDY 和CoPc之間的強相互作用，高表面積，豐富的反應中心和電導性，協同造就了優越的電催化性能。電化學測量顯示，在 H 電池中12 mA cm−2局域電流密度時，CO的FE為 96%，液體流通池中100 mA cm-2電流密度時，CO的FE高達97%，超過24小時的耐久性。CoPc在-1.0 V vs RHE電位下其周轉頻率達到 37 s−1，優于大多數報道的酞菁和卟啉基電催化劑。利用GDY/G 異質結構作為支架可以進一步擴展到其他有機金屬配合物當中。
Figure 1. GDY/G 支撐的單分散 CoPc 的合成和表征。(a) CoPc/GDY/G 雜化物制備示意圖，及其用于CO2電還原轉化為CO。 (b, c) CoPc/GDY/G 的代表性 TEM和 AFM圖像。(d-f) CoPc/GDY/G 的STEM 和 EDX 元素映射，球差校正的 HADDF-STEM 圖像。
Figure 2. CoPc/GDY/G 的光譜表征。(a) CoPc、GDY/G 和 CoPc/GDY/G 的代表性拉曼光譜。(b) CoPc/GDY/G，純 CoPc 和 CoPc/G 的紫外可見光譜比較。(c, d) CoPc/GDY/G和CoPc的 Co K-edge XANES和 FTEXAFS光譜。
Figure 3. CoPc/GDY/G 界面上的電子相互作用。(a-d) GDY/G 和石墨烯上吸附的 CoPc 分子的勢能表面圖和示意圖。(e, f) CoPc/GDY/G和CoPc/G 中 CoPc電荷密度差異的頂視圖和側視圖。
Figure 4．CO2 電解特性。(a) 不同樣品在掃描速率為 20 mV/s 時的線性掃描伏安曲線。（b）不同電位時的 CO和H2的FE。 (c) 各種電位下的 TOF比較。 (d) CoPc/GDY/G 在 -0.81 V vs. RHE 電位下的 CO2 耐久性以及相應的 FE 隨時間的演變。(e) CoPc/GDY/G在不同電位下 CO2R 電催化中的FE
CO，FE
H2，以及的 CO 局域電流密度。
該研究工作由復旦大學Liming Zhang課題組于2021年發表J. Am. Chem. Soc.期刊上。原文：Graphdiyne/Graphene Heterostructure: A Universal 2D Scaffold Anchoring Monodispersed Transition-Metal Phthalocyanines for Selective and Durable CO2 Electroreduction。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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