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FE_CO，FE_H2，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：[e-mail]

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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.

2. Shaohua Chen#, Chenyuan Zhu#, Haoyang Gu, Li Wang, Jiajie Qi, Lixiang Zhong, Zhibin Zhang, Chunlei Yang, Guoshuai Shi, Siwen Zhao, Shuzhou Li, Kaihui Liu*, and Liming Zhang*, Enhanced electrochemical methanation of carbon dioxide at single-layer hexagonal-boron nitride/Cu interfacial perimeter. Nano Lett.2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01258.   

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.  

4. Haoyang Gu, Guoshuai Shi, Hsiao-Chien Chen, Songhai Xie, Yingzhou Li , Haonan Tong, Chunlei Yang, Chenyuan Zhu, J. Tyler Mefford, Heyi Xia, William C. Chueh, Hao Ming Chen and Liming Zhang*, Strong catalyst-support interactions in electrochemical oxygen evolution on Ni-Fe layered double hydroxide, ACS Energy Lett. 2020, 5, 3185–3194.

5. Jiakang Tang, Chenyuan Zhu, Tianwen Jiang, Lei Wei, Hui Wang, Ke Yu, Chunlei Yang, Yuebiao Zhang, Chen Chen, Zhanting Li, Danwei Zhang*, and Liming Zhang* Anion exchange-induced well dispersion of cobalt porphyrins in a cationic porous organic polymer for enhanced electrochemical CO2 reduction via secondary-coordination sphere interactions. J. Mater. Chem. A2020, 8, 18677-18686.

6. Chunlei Yang, Honghao Zhang, Ke Yu, Songhai Xie, Haonan Tong, Yao Song, Guoshuai Shi, Haoyang Gu, Chen Chen, Liming Zhang*, Stoichiometry-Dependent Oxygen Evolution Electrocatalysis on Open-Tubular Nitrogen-Doped Carbon Column Supported Transition Metal Oxides. ACS Appl. Energy Mater.2020, 3, 2010-2019.

7. Liming Zhang*, Xiaofei Ye*, Madhur Boloor, Andrey Poletayev, Nicholas A. Melosh, William C. Chueh, 'Significantly Enhanced Photocurrent for Water Oxidation in Monolithic Mo:BiVO4/SnO2/Si by Thermally Increasing the Minority Carrier Diffusion Length', Energy Environ. Sci., 2016, 9, 2044.

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