苏州大学彭扬/程涛AFM：CoPc/Mg(OH)2/NC助力CO2还原
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酞菁钴（CoPc）作为一种固定在多相载体上的CO 2 还原反应（CO 2 RR）电催化剂备受关注，但分子与底物之间的相互作用仍有待澄清和优化，以最大限度地提高反应动力学。
基于此， 苏州大学彭扬教授和程涛教授等人 报道了通过将CoPc固定在导电碳底质的Mg(OH) 2 基底上，制备了CO 2 RR催化剂，在电流密度为100 mA cm −2 下具有0.31±0.03 V的超低过电位，在宽电流密度内具有95%的法拉第效率（FE），并且在膜电极组装中可在100 mA cm −2 下工作50 h以上。
通过DFT计算，作者研究了Mg(OH) 2 对CO 2 的活化机理和CO 2 RR过程的自由能图。CoPc的氮原子与Mg(OH) 2 的羟基之间形成的氢键有助于CoPc分子的均匀分散，而二体体系内部相对较弱的相互作用允许CO 2 分子的插层。
CoPc催化CO 2 还原速率决定步骤（RDS）是第一个将钴中心吸收的CO 2 分子转化为阴离子*CO 2 − 中间体的电子转移，后续的质子化（*CO 2 − + H + →*COOH）和去羟基化（*COOH + H + + e − →*CO + H 2 O）步骤都是下坡的，不需要额外的能量输入。
在CoPc/Mg(OH) 2 上，通过CO 2 中氧孤对电子与Mg 2+ 的耦合，CO 2 在Mg(OH) 2 上的预活化，克服了*CO 2 − 形成的高能垒。在CoPc/Mg(OH) 2 上，第一电子转移步骤（*CO 2 + e − →*CO 2 − ）的自由能仅增加0.01 eV，对比单独的CoPc（0.81 eV）可忽略不计。
随后的质子化步骤形成了自由能势垒为0.36 eV的RDS，可能是由于H + 与Mg(OH) 2 表面氢氧根（OH − ）基团具有较高的亲和性，以及CoPc与Mg(OH) 2 之间的氢键网络中水合H + 的迁移率相对较低。通过DFT计算，作者发现CO 2 在Mg(OH) 2 上的预活化可以极大加快CoPc上的CO 2 RR动力学。
Pre-Activation of CO 2 at Cobalt Phthalocyanine-Mg(OH) 2 Interface for Enhanced Turnover Rate. Adv. Funct. Mater., 2023 , DOI: 10.1002/adfm.202214609.
https://doi.org/10.1002/adfm.202214609.
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