EDTA de Lewis‐Basic en tant qu'électrocatalyseur moléculaire hautement actif pour la réduction du CO2 en CH4

Résumé Les catalyseurs les plus actifs jusqu'à présent, réussissant dans la réduction par hydrogénation du CO2, sont principalement des catalyseurs hétérogènes à base de Cu. Les environnements de coordination complexes et les multiples sites actifs dans les catalyseurs hétérogènes entraînent une faible sélectivité du produit cible, tandis que les catalyseurs moléculaires avec des sites actifs bien définis et des structures modulables permettent une optimisation des performances basée sur le mécanisme. Ici, nous rapportons pour la première fois un acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) immobilisé au niveau moléculaire sur la surface de nanotubes de carbone comme catalyseur pour le transfert du CO2 en CH4 avec d'excellentes performances. Ce catalyseur présente une efficacité faradaïque élevée de 61,6 % pour le CH4, une densité de courant partiel de -16,5 mA cm-2 à un potentiel de -1,3 V par rapport à l'électrode de plomb réversible. Les calculs de théorie fonctionnelle de la densité révèlent que les groupes COO- de Lewis basiques dans la molécule d'EDTA sont les sites actifs pour la réaction de réduction du CO2 (CO2 RR). La barrière d'énergie pour la génération de CO à partir de l'intermédiaire *CO est aussi élevée que 0,52 eV, tandis que la protonation ultérieure de *CO en *CHO suit un chemin énergétiquement descendant (-1,57 eV), ce qui entraîne une haute sélectivité pour le CH4. Ce travail rend possible le contrôle de la sélectivité du produit pour la réduction du CO2 selon la relation entre la barrière énergique de l'intermédiaire *CO et les structures moléculaires à l'avenir.