分子催化剂助力酸性条件下的CO2还原

在酸性介质中的电催化CO2还原反应（CO2RR），通过防止碳酸盐/碳酸氢盐的形成，以更有效的利用CO2。然而，酸性介质更利于析氢反应（HER），导致CO2RR选择性较差。

基于此，南方科技大学梁永晔教授（通讯作者）等人报道了一种分子分散的β-四甲氧基取代酞菁Ni-基碳纳米管电催化剂（NiPc-OMe MDE），其在酸性介质（pH=2至0.47）中高效催化CO2RR。在-50至-400mA cm−2的宽电流密度范围内，CO的法拉第效率（FE）超过98%。



在0.5 mol L−1 K2SO4（pH=2）下，CoPc-OMe MDE能有效电催化CO2RR生成CO，表明K+效应对CoPc-OMe MDE同样有效。 结果发现，CoPc-OMe MDE对CO2RR的电催化活性高于NiPc-OMe MDE。在所有测试电流密度下，其FE(CO)均低于NiPc-OMe MDE。 需注意，CoPc-OMe MDE的CO选择性仍然优于报道的电催化剂。活性位点上吸附的COOH和H中间体（*COOH和*H）的形成分别被认为是CO2RR和HER的速率决定步骤。



作者比较了NiPc-OMe和CoPc-OMe上形成*COOH和*H（G(*COOH)-G(*H)）的自由能变化差异。 尽管NiPc-OMe和CoPc-OMe都表现出对CO2RR的催化性能，但NiPc-OMe更大的能量差异可以解释它在酸中更高的FE(CO)s。 在相同电流密度下，NiPc-OMe MDE比CoPc-OMe MDE需要更大的过电位。需注意，与中性条件相比，CoPc-OMe在酸性条件下对CO的选择性显著降低。








审核编辑：刘清