福建物構所在單分子異相催化CO2還原研究中取得獲進展

　　電催化二氧化碳還原（ECR）是一種清潔、溫和、可持續發展的催化技術，它不僅具有降低大氣二氧化碳濃度的潛力，而且可以獲得高附加值的化學原料和燃料（例如CO、HCOOH、CH3OH等）。然而，ECR仍然存在以下障礙：過電勢高、選擇性差、穩定性不足等。因此，開發可以解決上述問題的非貴金屬ECR催化材料成為ECR研究的重點之一。

　　目前，結構明確、性質穩定的金屬配合物是一類有前途的ECR催化劑，特別是固定化的金屬酞菁。然而，由于金屬酞菁在載體表面存在嚴重的π-π堆積和不可控的多層組裝，使這類材料的ECR催化選擇性不高、穩定性不理想。因此，開發組裝行為可控、表面潤濕性可調的非聚集性金屬酞菁催化劑以獲得優異的ECR性能仍然是一個挑戰，催化劑的設計和制備是應對這些挑戰的關鍵。

　　鑒于此，在國家自然科學基金項目等資助下，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室朱起龍課題組通過內置吡咯烷酮基團輔助組裝/固定策略，首次可控制備了一種結構新穎的有機無機雜化電催化劑（PyNiPc/CNT）。在該電催化劑中，吡咯烷酮基鎳酞菁分子（PyNiPc）很大程度上以單分子水平分散和錨定在碳納米管上，實現了Ni-N4結構的最大化表面暴露。基于這樣一種獨特的單分子結構，該電催化劑展示了優異的ECR催化性能：在一個較寬的電勢窗口下，可將二氧化碳以100%法拉第效率轉化為一氧化碳（CO）。特別是在–0.88 V vs. RHE，生成的氣體中CO/H2體積比可達640，是目前報道的最高值。此外，連續反應12小時，其反應活性未見明顯衰減。實驗結果初步表明，該催化劑的高活性起源于PyNiPc和CNTs之間的單分子界面協同催化。進一步對比研究發現吡咯烷酮基團在酞菁分散和催化中起到了重要的促進作用。相關結果發表在國際期刊Appl. Catal. B-Environ.（DOI：10.1016/j.apcatb.2019.118530）上，福建物構所博士后馬冬冬是該論文的第一作者。

　　該工作提出一種基團輔助組裝/固定策略，最大化利用了Ni-N4結構的優異內在活性。為“單分子界面協同催化”概念的凝練打下堅實的基礎，并為開發有效、穩定的ECR催化劑和其他電化學反應提供有價值的參考。

福建物構所在單分子異相催化CO2還原研究中取得進展