N-gedoteerde of N-heterocyclische nanogestructureerde elektrokatalysatoren voor elektrokatalytische CO ₂ reductiereactie hebben belangrijke vooruitgang geboekt in de productselectiviteit. Voor verdere ontwikkeling, het is belangrijk om de exacte oorsprong van de activiteit van deze elektrokatalysatoren te identificeren. Kristalelektrokatalysatoren met nauwkeurige structuren kunnen een visueel onderzoeksplatform bieden voor het identificeren van katalytische actieve plaatsen en het bestuderen van reactiemechanisme. De katalytische activiteit van pyridine N voor CO ₂ elektroreductie werd eerst structureel bepaald door kristal supramoleculaire coördinatie verbinding modelsysteem.

CO ₂ elektroreductiereactie aangedreven door hernieuwbare elektriciteit is een effectieve manier om de CO .-concentratie te verminderen ₂ in de atmosfeer en het verlichten van milieuproblemen zoals de opwarming van de aarde. Het kan CO . omzetten ₂ in waardevolle producten (zoals CO, HCOOH, CH ₄ ) om een ​​effectieve koolstofkringloop te realiseren. Momenteel, de gerapporteerde zeer efficiënte elektrokatalysatoren voor elektrokatalytische CO ₂ reductiereactie (CO ₂ RR) zijn voornamelijk geconcentreerd op nanomaterialen. Onder hen, N-gedoteerde of N-heterocyclische nanogestructureerde elektrokatalysatoren hebben belangrijke vooruitgang geboekt bij het verminderen van productconversie en de efficiëntie van Faraday. Echter, door het ontbreken van nauwkeurige en duidelijke structurele informatie en andere beïnvloedende factoren (waaronder defecten en onzuiverheden), het is nog steeds moeilijk om de activiteit van N-plaatsen in deze elektrokatalysatoren te bepalen.

In dit geval, kristalelektrokatalysatoren met heldere kristalstructuur hebben grote voordelen bij het oplossen van bovenstaande problemen, omdat hun nauwkeurige structuurinformatie een visueel onderzoeksplatform kan bieden voor het identificeren van katalytische actieve sites en het bestuderen van reactiemechanisme. Metalloporfyrinecomplexen toegepast in CO ₂ RR heeft veel voordelen. Onder hen, de stijve ring met geconjugeerd π-elektronensysteem van metalloporfyrine is gunstig voor snelle elektronenmigratie. Belangrijker, hun duidelijke informatie over de moleculaire structuur en structurele afstembaarheid zijn zeer nuttig voor het bestuderen van reactiemechanismen en het rationeel optimaliseren van katalytische prestaties.

Op basis hiervan, het opzetten van een redelijk kristalmodelsysteem om de activiteit van katalytische locaties in elektrokatalyse nauwkeurig te identificeren is erg belangrijk voor de ontwikkeling van elektrokatalytische CO ₂ RR.

In een nieuw onderzoeksartikel gepubliceerd in Nationale wetenschappelijke beoordeling (NSR) , de onderzoeksgroep van professor Ya-Qian Lan van de Nanjing Normal University, voor het eerst een kristal supramoleculaire coördinatieverbinding modelsysteem opgezet (inclusief Ni-TPYP, Ni-TPYP-1 en Ni-TPP, zoals weergegeven in figuur 1) om de katalytische activiteit van pyridine N voor elektrokatalytische CO . structureel te identificeren ₂ RR. Dit werk is van groot belang voor het begrijpen van de katalytische activiteit en het reactiemechanisme van N-gedoteerde of N-heterocyclische nanogestructureerde elektrokatalysatoren in elektrokatalytische CO ₂ RR.

Experimentele en theoretische berekeningen tonen aan dat de snelheidsbepalende stap (RDS) van elektrokatalytische CO ₂ RR in dit systeem is de vorming van COOH. In deze stap, de energie die nodig is voor de actieve Ni-site (aangeduid als Ni1) in Ni-TPYP en de Ni-actieve site (aangeduid als Ni2) in Ni-TPP zijn bijna hetzelfde (1,60 eV en 1,59 eV) en beide zijn hoger dan die van actieve pyridine N (aangeduid als N, 0,97 eV) in Ni-TPYP, wat aangeeft dat N-site een hogere CO . heeft ₂ elektroreductie-activiteit dan Ni2- en Ni1-sites, dat is, actieve pyridine N is een meer geschikte katalytische actieve plaats.