Forscher regulieren die Mikroumgebung in Bor-Imidazolat-Gerüsten, um die CO₂-Elektroreduktion zu C₂H₄ zu verbessern

Kristalline Borimidazolat-Gerüste (BIFs) sind leichte zeolithähnliche metallorganische Gerüste (MOF), die zur Simulation der Zeolith-Molekularsiebstruktur entwickelt wurden. BIFs enthalten sowohl kovalente Bindungen (B–N) als auch Metallkoordinationsbindungen (M–N). Daher wird es auch als einzigartige Materialfamilie zwischen MOFs und kovalenten organischen Gerüsten (COFs) angesehen.

In einer Studie veröffentlicht In Chemische KommunikationProf. Zhang Jian und Prof. Zhang Haixia vom Fujian Institute of Research on the Structure of Matter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, konstruierten eine Reihe isostruktureller zweidimensionaler (2D) BIFs, indem sie die zweiten Carboxylliganden mit ähnlicher Struktur zur Anpassung verwendeten die Koordinationsmikroumgebung, die CO2 durch elektrokatalytische Reduktion in Ethylen (C2H4) umwandelt.

Mithilfe des strukturinduzierten Effekts des KBH(mim)3-Liganden wurden vier Kristalle (BIF-151 bis BIF-154) mit identischem Körpergerüst und identischer Metallkoordinationsumgebung konstruiert. Vier Arten von Monocarboxylatliganden mit unterschiedlichen Substituentenelementen und Substituentenpositionen könnten als freie Liganden zur Modifizierung dieser Schichten verwendet werden.

Diese vier Kristalle weisen eine gute Stabilität bei unterschiedlichen pH-Werten und Lösungsmitteln auf. Weitere elektrokatalytische Ergebnisse zeigten, dass alle vier Kristalle eine katalytische Aktivität gegenüber CO2RR zeigen, insbesondere mit einer gewissen Selektivität gegenüber C2H4-Produkten. Aktivität und Selektivität gegenüber C2H4 waren jedoch deutlich unterschiedlich.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass die katalytische Aktivität und Selektivität nicht nur vom aktiven Metallzentrum abhängt, sondern auch von der umgebenden Ligandenumgebung beeinflusst wird, einschließlich Faktoren wie der Zusammensetzung und räumlichen Anordnung der Substituentenelemente.

Darüber hinaus synthetisierten die Forscher eine Reihe mikroumgebungsregulierter Bor-BIFs und betonten damit die Bedeutung der Koordinationsumgebung bei der elektrokatalytischen Reduktion von CO2.

Diese Studie bietet einen neuartigen Ansatz zur Verbesserung der C2H4-Umwandlungsrate.