复旦大学张黎明课题组--石墨炔/石墨烯异质结构：二维框架锚定单分散过渡金属酞菁用于选择性和稳定地电还原CO2

这里，展示了石墨炔/石墨烯（GDY/G) 异质结构作为 2D 导电支架来锚定单分散钴酞菁 (CoPc) ，并用于 CO2还原，表现出可观的活性、选择性和耐久性。一系列表征，例如X 射线吸收光谱 (XAS) 和密度泛函理论 (DFT) 计算揭示了 GDY 和CoPc之间的强相互作用，高表面积，丰富的反应中心和电导性，协同造就了优越的电催化性能。电化学测量显示，在 H 电池中12 mA cm−2局域电流密度时，CO的FE为 96%，液体流通池中100 mA cm-2电流密度时，CO的FE高达97%，超过24小时的耐久性。CoPc在-1.0 V vs RHE电位下其周转频率达到 37 s−1，优于大多数报道的酞菁和卟啉基电催化剂。利用GDY/G 异质结构作为支架可以进一步扩展到其他有机金属配合物当中。

Figure 1. GDY/G 支撑的单分散 CoPc 的合成和表征。(a) CoPc/GDY/G 杂化物制备示意图，及其用于CO2电还原转化为CO。 (b, c) CoPc/GDY/G 的代表性 TEM和 AFM图像。(d-f) CoPc/GDY/G 的STEM 和 EDX 元素映射，球差校正的 HADDF-STEM 图像。

Figure 2. CoPc/GDY/G 的光谱表征。(a) CoPc、GDY/G 和 CoPc/GDY/G 的代表性拉曼光谱。(b) CoPc/GDY/G，纯 CoPc 和 CoPc/G 的紫外可见光谱比较。(c, d) CoPc/GDY/G和CoPc的 Co K-edge XANES和 FTEXAFS光谱。

Figure 3. CoPc/GDY/G 界面上的电子相互作用。(a-d) GDY/G 和石墨烯上吸附的 CoPc 分子的势能表面图和示意图。(e, f) CoPc/GDY/G和CoPc/G 中 CoPc电荷密度差异的顶视图和侧视图。

Figure 4．CO2 电解特性。(a) 不同样品在扫描速率为 20 mV/s 时的线性扫描伏安曲线。（b）不同电位时的 CO和H2的FE。 (c) 各种电位下的 TOF比较。 (d) CoPc/GDY/G 在 -0.81 V vs. RHE 电位下的 CO2 耐久性以及相应的 FE 随时间的演变。(e) CoPc/GDY/G在不同电位下 CO2R 电催化中的FECO，FEH2，以及的 CO 局域电流密度。

该研究工作由复旦大学Liming Zhang课题组于2021年发表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。

张黎明

物理化学，青年研究员，博士生导师

电子邮箱：zhanglm@fudan.edu.cn

办公地点：上海市杨浦区淞沪路2005号 复旦大学江湾校区化学楼 A5025室

电话：86-21-31249173

课题组主页：https://faculty.fudan.edu.cn/zhanglm/

  • 人工光合成系统界面催化行为研究

  • 新型光电化学反应体系设计

  • 能源纳米材料的控制合成

  • 2003.9-2007.6            山东大学化学系本科，获得理学学士学位

  • 2007.9-2012.7            北京大学物理化学专业研究生，获得理学博士学位

  • 2012.11-2014.1           美国加州大学伯克利分校，博士后研究

  • 2014.1-2017.8            美国斯坦福大学，博士后研究

  • 2017.8起                    复旦大学化学系青年研究员

  1. Huoliang Gu#, Lixiang Zhong#, Guoshuai Shi, Jiaqiang Li, Ke Yu, Jiong Li, Shuo Zhang, Chenyuan Zhu, Shaohua Chen, Chunlei Yang, Ya Kong, Chen Chen, Shuzhou Li*, Jin Zhang* and Liming Zhang*, Graphdiyne/graphene heterostructure: a universal 2D scaffold anchoring mono-dispersed transition-metal phthalocyanines for selective and durable CO2 electroreduction. J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c02326.

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  3. Chenyuan Zhu#, Zhibin Zhang#, Lixiang Zhong#, Chia-Shuo Hsu#, Xiaozhi Xu, Yingzhou Li, Siwen Zhao, Shaohua Chen, Jiayi Yu, Shulin Chen, Mei Wu, Peng Gao, Shuzhou Li*, Hao Ming Chen*, Kaihui Liu*, and Liming Zhang*, Product-specific active site motifs of Cu for electrochemical CO2 reduction. Chem, 2021, 7, 406-420.

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