Estruturas orgânicas covalentes (COFs) são uma classe especial de materiais compostos de blocos de construção orgânicos interconectados, mantidos juntos por fortes ligações químicas. Apresentando átomos distribuídos uniformemente e abundante espaço vazio interno, os COFs podem ser utilizados como ponto de partida para o desenvolvimento de materiais funcionais à base de carbono.



Quando são submetidos a altas temperaturas, os COFs perdem sua forma plana bidimensional (2D) e tornam-se uma estrutura tridimensional (3D). Para obter a redução do dióxido de carbono (CO₂ RR) com grande porosidade, alta condutividade e abundância de sítios de borda para heteroátomos dopados, o controle da estrutura do carbono derivado de COF é de vital importância, mas ainda é pouco explorado.

Zeng Gaofeng e Xu Qing do Instituto de Pesquisa Avançada de Xangai (SARI) da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com o Prof. He Yue da Universidade Jiao Tong de Xangai, usando estratégia de síntese de modelos, desenvolveu COF derivado carbonos em diferentes dimensões para catalisar CO₂ RR. O estudo foi publicado na SusMat .

Os pesquisadores sintetizaram os carbonos derivados de COF 1D a 3D pelos métodos de pirólise de modelo. Para o carbono 1D, uma camada de COFs foi depositada em nanotubos de carbono (CNTs) como modelo, enquanto para o carbono 2D, os COFs foram depositados em grafeno (Gr).

Os pesquisadores também carbonizaram diretamente o precursor do COF para criar carbono 3D. O precursor do COF utilizado nos experimentos foi o TP-BPY-COF, que foi sintetizado a partir de produtos químicos específicos usando métodos solvotérmicos.

Os espectros EXAFS mostraram que os materiais de carbono derivados de COF resultantes continham muitos locais de nitrogênio (N), que atuavam como centros catalíticos, particularmente na forma de CoN₅ . Entre os vários catalisadores testados, o catalisador 1D baseado em COF exibiu desempenho excepcional devido à sua forte afinidade com CO₂ , um maior número de locais defeituosos e condutividade eletrônica superior. Essas qualidades resultaram em maior CO₂ Atividade de RR e seletividade para o produto desejado (CO), comparado aos catalisadores 2D e 3D.

As descobertas deste estudo não apenas apresentam a importância de adaptar a estrutura dos carbonos derivados de COF para aumentar sua eficácia como catalisadores em CO₂ reações de redução, mas também fornecem uma nova perspectiva para desenvolver catalisadores eficientes à base de COF. Ao empregar materiais de carbono derivados de COF como catalisadores para CO₂ eletrorredução, CO₂ podem ser potencialmente convertidos em compostos químicos valiosos ou mesmo em combustíveis renováveis.

Mais informações: Guojuan Liu et al, Engenharia dimensional de estruturas orgânicas covalentes derivadas de carbono para redução eletrocatalítica de dióxido de carbono, SusMat (2023). DOI:10.1002/sus2.167
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências