全球工業(yè)的高速發(fā)展以及人類活動導(dǎo)致溫室氣體排放量大幅增加，地球生態(tài)環(huán)境正在遭受著不可逆轉(zhuǎn)的破壞。二氧化碳作為溫室氣體的主要代表成分，如何將其轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔锶剂衔巳蚩茖W(xué)家們的重點(diǎn)關(guān)注。在現(xiàn)存的幾種有效的轉(zhuǎn)化方法中，電化學(xué)催化還原二氧化碳由于可在常溫常壓下進(jìn)行，并且能夠?qū)崿F(xiàn)人為的閉合碳循環(huán)，已然成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

具有化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可調(diào)性的金屬絡(luò)合物是一類有前景的電催化二氧化碳還原（ECR）催化劑，尤其是固定化的金屬酞菁（phthalocyanine）。

酞菁，是一類大環(huán)化合物，環(huán)內(nèi)有一個(gè)空腔，直徑約2.7×10^-10m。中心腔內(nèi)的兩個(gè)氫原子可以被70多種元素取代，包括幾乎所有的金屬元素和一部分非金屬元素。酞菁的配位數(shù)是四，依金屬的原子尺寸和氧化態(tài)，一個(gè)或兩個(gè)金屬原子可以嵌入酞菁的中心腔內(nèi)。

然而，未取代的金屬酞菁的強(qiáng)分子間π-π堆積相互作用通常導(dǎo)致明顯的聚集、降低溶解度，并因此通常在支撐表面上具有不可控制的組裝，具有不均勻和多層的沉積，嚴(yán)重降低了活性位的效率。

因此，開發(fā)具有可控的組裝行為和可調(diào)節(jié)的表面潤濕性以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的ECR性能的非聚集金屬酞菁催化劑仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的朱起龍研究員帶領(lǐng)的研究小組在《應(yīng)用催化：環(huán)境》上發(fā)表了一篇文章，報(bào)道了一種極活潑且選擇性固定的pyrrolidinonyl nickel 酞菁(PyNiPc)（PyNiPc）ECR催化劑。

該催化劑是通過內(nèi)置的吡咯烷酮（pyrrolidone）基團(tuán)輔助的組裝/固定策略構(gòu)建的，并提出了PyNiPc在碳納米管上的單分子水平分散，以實(shí)現(xiàn)Ni-N4活性位點(diǎn)的高表面密度。

研究人員發(fā)現(xiàn)，所得催化劑（PyNiPc/CNT）可以在電催化二氧化碳還原中主要產(chǎn)生一氧化碳，在很寬的電位范圍內(nèi)提供近100％的法拉第效率，并在–0.88V及可逆氫電極（RHE）時(shí)獲得高達(dá)640的超高CO/H2體積比。

此外，他們發(fā)現(xiàn)在0.67V的過電勢下連續(xù)計(jì)時(shí)電流法測試10小時(shí)后，一氧化碳的電流密度和法拉第效率沒有顯著降低。

此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PyNiPc/CNT對ECR的高活性源于PyNiPc與CNT之間的單分子協(xié)同催化作用，并且內(nèi)置的吡咯烷酮基團(tuán)在促進(jìn)酞菁分散和催化中也起著重要作用。

該研究提出了一種充分利用鎳-酞菁優(yōu)良內(nèi)在活性的新策略，并為開發(fā)用于二氧化碳還原和其他電化學(xué)技術(shù)的高效穩(wěn)定的電催化劑提供了有價(jià)值的指導(dǎo)。