Abstrak
Pengurangan karbon dioksida bertenaga listrik terbarukan (eCO2R) menjadi bahan bakar dan bahan baku bernilai tambah seperti metana (CH4) menjaga siklus karbon yang berkelanjutan dan layak secara ekonomi pada skala yang berarti. Namun, pengurangan mendalam multilangkah delapan elektron yang menantang secara kinetik ini menemui prinsip desain katalis yang tidak memadai untuk mengarahkan jalur pengurangan CO2 yang kompleks. Memanfaatkan struktur tembaga atomik (Cu) dengan situs aktif kesatuan dapat meningkatkan selektivitas eCO2R-ke-CH4 karena penekanan yang efisien terhadap kopling C−C yang tidak diinginkan. Di sini, kami melaporkan strategi pertukaran ion berurutan untuk membuat katalis atom tunggal Cu periodik dalam matriks karbon nitrida polimer (PCN), di mana konfigurasi N–Cu–N yang terdispersi secara seragam dan terkoordinasi secara diagonal menampung pusat Cuδ+ bervalensi rendah. Dengan memanfaatkan situs penahan N periodik dengan konjugasi elektron π yang terdelokalisasi dalam matriks PCN, situs Cu yang terisolasi diperoleh dengan jarak antar atom ~4,2 Å dalam kondisi pemuatan logam yang tinggi. Konfigurasi spasial yang direkayasa ini secara efektif menghambat penggandengan C−C untuk menghindari pembentukan produk multikarbon berikutnya. Cu1/PCN yang dioptimalkan menunjukkan kinerja eCO2R-ke-CH4 yang luar biasa, mencapai efisiensi Faradaic CH4 sebesar 71,1% dengan kerapatan arus parsial yang tinggi sebesar 426,6 mA cm−2 pada −1,50 V dibandingkan dengan elektroda hidrogen reversibel, yang melampaui katalis canggih. Pekerjaan ini menyelidiki konsep yang efektif untuk mengarahkan jalur reaksi yang diinginkan melalui modulasi struktur situs aktif secara tepat pada tingkat atom untuk menciptakan lingkungan mikro yang menguntungkan.
Rekayasa Pembatasan Spasial Atom Tunggal Cu dengan Motif Diagonal N–Cu–N untuk Metanasi CO2 Berkecepatan Tinggi
