Elektroproduksi C2 Selektif melalui Back Bonding pada Motif Tembaga-Tembaga Asimetris

Abstrak
Reaksi reduksi CO2 (CO2RR) dianggap sebagai pendekatan yang sangat menarik untuk mengurangi emisi karbon dan masih menghadapi tantangan dalam mengubah lebih lanjut zat antara *C1 menjadi produk dua karbon (C2) yang berharga. Meskipun katalis berbasis tembaga menunjukkan energi adsorpsi yang memuaskan untuk spesies *C1, distribusi muatan simetris di lokasi tembaga yang berdekatan menyebabkan gaya tolak yang kuat antara *C1 yang teradsorpsi. Di sini, motif tembaga-tembaga asimetris (CuF-CuN) dengan perilaku adsorpsi yang berbeda telah dibangun pada substrat F-Cu3N menggunakan metode substitusi isostruktural in situ. Dibandingkan dengan hibridisasi tinggi orbital CuN 3d dan N 2p, F yang ditanamkan tidak hanya mengurangi kekuatan hibridisasi tetapi juga memberi CuF elektron tak berpasangan yang terdelokalisasi. Dengan demikian, CuF, selain membentuk ikatan σ 3dz2-2pz yang terisolasi antara Cu dan perantara utama *C1 (*CHO), menawarkan ikatan balik π 3dxz-2pz tambahan ke *CHO. Dengan interaksi dipol dalam motif CuF-CuN asimetris, tolakan elektrostatik antara *CHO yang berdekatan berkurang, yang secara efisien mendorong penggandengan CC dalam CO2RR. Oleh karena itu, motif CuF-CuN mencapai selektivitas C2 yang luar biasa sebesar 81,5% dengan kerapatan arus parsial sebesar −325,9 mA cm−2 dan rasio selektivitas C2/C1 sebesar 10,47. Manipulasi interaksi atom yang bernuansa ini menerangi jalan menuju perubahan yang berpotensi menjadi terobosan dalam karakteristik material.