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開發高效、穩定的非均相金屬酞菁（MPc）電催化劑用于CO₂還原仍然是一個挑戰。近日，清華大學王訓教授（通訊作者）等人報道了一種制備鋅（Zn）-金屬酞菁（MPc）分子層-多金屬氧酸鹽（POM）三明治層狀材料的一般合成方法，該催化劑不僅展示了更高的電催化活性，而且能夠進行光耦電催化CO₂還原反應。

研究發現，POM的加入可以防止MPc分子層的聚集，有利于活性位點的暴露。該分子層三明治式催化劑（MLSs）表現出優異的CO₂還原活性，在-0.7 V vs RHE條件下，在暗場中提供最高的CO法拉第效率（FE_CO）達到96.1%。

在光照下，在-0.6 V到-0.9V vs RHE的寬電位范圍內FE_CO可以達到93%以上，最大值為96.2%，一氧化碳（CO）轉化頻率（TOF_CO）超過了2060 h^-1。

通過光電化學測試和發光表征表明，分子層有利于光照下的載流子分離；密度泛函理論（DFT）計算和電子順磁共振表明，外部光場對催化性能有2倍的增強作用，因為光照射下CoTAPc環中的本征LMCT，促進了電子從金屬中心向CO2分子的傳輸，自由能計算進一步證明了在激發態下抑制了析氫反應（HER）副反應。

雙重作用共同促進了光照下的j_CO和TOF_CO增加以及FE_CO的增加。該工作系統的研究了光電耦合催化CO₂RR催化劑的合成、性能和機理，為設計及合成新型CO₂RR電催化劑提供了指導，也為揭示外場耦合電催化劑的機理提供了新思路。

Polyoxometalate Interlayered Zinc-Metallophthalocyanine Molecular Layer Sandwich as Photocoupled Electrocatalytic CO₂ Reduction Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c05580.

https://doi.org/10.1021/jacs.1c05580.

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清華大學王訓JACS：三明治式光電耦合催化CO2還原

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