N-dopade eller N-heterocykliska nanostrukturerade elektrokatalysatorer för elektrokatalytisk CO ₂ reduceringsreaktion har gjort viktiga framsteg när det gäller produktselektivitet. För vidare utveckling, det är viktigt att identifiera det exakta aktivitetens ursprung för dessa elektrokatalysatorer. Kristallelektrokatalysatorer med exakta strukturer kan tillhandahålla en visuell forskningsplattform för att identifiera katalytiska aktiva platser och studera reaktionsmekanismen. Den katalytiska aktiviteten av pyridin N för CO ₂ elektroreduktion bestämdes först strukturellt genom kristall supramolekylärt koordinationsförening -modellsystem.

CO ₂ elektroreduktionsreaktion som drivs av förnybar el är ett effektivt sätt att minska koncentrationen av CO ₂ i atmosfären och lindra miljöproblem som global uppvärmning. Det kan omvandla CO ₂ till värdefulla produkter (t.ex. CO, HCOOH, CH ₄ ) för att förverkliga en effektiv koldioxidcykel. För närvarande, de rapporterade mycket effektiva elektrokatalysatorerna för elektrokatalytisk CO ₂ reduktionsreaktion (CO ₂ RR) är huvudsakligen koncentrerade på nanomaterial. Bland dem, N-dopade eller N-heterocykliska nanostrukturerade elektrokatalysatorer har gjort viktiga framsteg när det gäller minskning av produktomvandling och Faradays effektivitet. Dock, på grund av bristen på korrekt och tydlig strukturinformation och andra påverkande faktorer (inklusive defekter och föroreningar), det är fortfarande svårt att bestämma aktiviteten hos N -ställen i dessa elektrokatalysatorer.

I detta fall, kristallelektrokatalysatorer med klar kristallstruktur har stora fördelar för att lösa ovanstående problem, eftersom deras exakta strukturinformation kan tillhandahålla en visuell forskningsplattform för att identifiera katalytiska aktiva platser och studera reaktionsmekanismen. Metalloporfyrinkomplex applicerade i CO ₂ RR har många fördelar. Bland dem, den styva ringen med konjugerat π - elektronsystem av metalloporfyrin är gynnsamt för snabb elektronmigration. Mer viktigt, deras tydliga molekylstrukturinformation och strukturella avstämbarhet är till stor hjälp för att studera reaktionsmekanismer och rationellt optimera katalytisk prestanda.

Baserat på det här, etablering av ett rimligt kristallmodellsystem för att exakt identifiera aktiviteten hos katalytiska platser vid elektrokatalys är mycket viktigt för utvecklingen av elektrokatalytisk CO ₂ RR.

I en ny forskningsartikel publicerad i National Science Review (NSR) , forskargruppen för professor Ya-Qian Lan från Nanjing Normal University, för första gången etablerat ett kristall supramolekylärt koordinationssammansatt modellsystem (inklusive Ni-TPYP, Ni-TPYP-1 och Ni-TPP, som visas i figur 1) för att strukturellt identifiera den katalytiska aktiviteten av pyridin N för elektrokatalytisk CO ₂ RR. Detta arbete är av stor betydelse för att förstå den katalytiska aktiviteten och reaktionsmekanismen för N-dopade eller N-heterocykliska nanostrukturerade elektrokatalysatorer i elektrokatalytisk CO ₂ RR.

Experimentella och teoretiska beräkningar visar att det hastighetsbestämande steget (RDS) för elektrokatalytisk CO ₂ RR i detta system är bildandet av COOH. I detta steg, energin som krävs för Ni aktiv plats (betecknad som Ni1) i Ni-TPYP och Ni aktiv plats (betecknad som Ni2) i Ni-TPP är nästan densamma (1,60 eV och 1,59 eV) och båda är högre än för aktiva pyridin N (betecknad N, 0,97 eV) i Ni-TPYP, vilket indikerar att N -stället har högre CO ₂ elektroreduktionsaktivitet än Ni2- och Ni1 -platser, det är, aktivt pyridin N är ett mer lämpligt katalytiskt aktivt ställe.