산소 존재 하의 공유 유기 구조체에서 CO2 전기 환원을 촉진하기

여기서 우리는 O2의 존재 하에 CO2 전기 환원을 촉진하기 위한 산소 함유 종 조정 전략을 제안한다. 나프탈로시안( NiPc) 유닛과 잘 정의된 Ni-N4-O 부위를 포함하는 이차원(2D) 결합 금속-공유 유기 구조체(MCOF)인 NiPc-Salen(Co)2-COF를 개발하고 합성하여 호기성이 있는 조건 하에서 CO2RR을 향상시킨다. O2가 존재하는 경우 NiPc-Salen(Co)2-COF의 Co 부위 중 하나가 ORR에서 *OOH의 중간체와 조정되면 CO2 분자의 활성화 에너지 장벽을 감소시키고 인접한 Co 중심에서 CO2RR의 주요 중간체인 *COOH를 안정화할 수 있다. 또한, 축 방향으로 조정된 Ni-N4-O 부위의 산소 종은 CO2RR의 중간체인 *COOH 형성의 에너지 장벽 감소에 유리하게 작용할 수 있다. 따라서 NiPc-Salen(Co)2-COF는 높은 산소 내성 CO2RR 성능을 보여주고, 0.5 % O2 존재 하에서 -1.0 V 대 대칭 수소 전극(RHE)에서 97.2 %의 뛰어난 CO 파라다익 효율(FECO)과 -1.1 V에서 40.3 mA cm-2의 높은 CO 부분 전류 밀도를 달성하여 순수 CO2 공급가스에서보다 우수하다(FECO=94.8 %, jCO=19.9 mA cm-2). 특히, NiPc-Salen(Co)2-COF는 -0.8 V에서 0.5 % O2와 함께 흐름 셀 반응기에서 산업 수준의 전류 밀도인 128.3 mA cm-2를 달성하는데, 이는 순수 CO2 대기에서의 104.8 mA cm-2보다 높다. 주목할 점은 -1.0 V에서 5 % O2 존재 하에서도 86.8 %의 우수한 FECO가 여전히 달성된다는 것이다. 이 연구는 ORR의 *OOH 중간체를 활용하여 O2 대기 하에서 CO2RR을 가능하게 하는 효과적인 전략을 제공한다.