Hochkernige Kupfer-Molekularkatalysatoren für die elektrochemische CO-zu-Acetat-Konversion

Ligand-modifizierte Metall-Nanocluster (NCs) haben sich aufgrund ihrer gut definierten, aber anpassbaren Struktur und der hohen Kernzahl ihrer Metallzentren als Kandidatenmaterialien für die Katalyse erwiesen. Wir vermuteten, dass das katalytische Verhalten auf NC-Basis von den Eigenschaften der Liganden, der Zugänglichkeit aktiver Seiten und ihrer atomaren Konfiguration abhängen wird. Wir synthetisierten eine Reihe von Kupfer-NC-basierten Katalysatoren, passten die lokale Hydrophobizität durch Ligandenanpassung an, balancierten die Ligandenabdeckung und die Exposition aktiver Stellen aus und stellten fest, dass wir auf diese Weise eine effiziente Elektrolyse von Acetat über die Elektroreduktion von CO erzeugen konnten. Berechnungen und Operando-Spektroskopie zeigen, dass asymmetrische Cu-Cu-Stellen, die die CO-Bindungsstärke bestimmen, den Gabelungsprozess nach der C-C-Kopplung beeinflussen. Der beste dieser Katalysatoren, Cu13Nap, erreichte eine Farada'sche Effizienz (FE) für Acetat von 86 % und eine Energieeffizienz von 29 % in einem System mit 5 bar, was die Einzel-C2+ FE von <50 % überstieg, die zuvor von NC-basierten Katalysatoren erreicht wurde.