on style="font-size: 15px; letter-spacing: 1.5px; white-space: normal; text-align: center; margin: 10px 0px 5px; justify-content: center; box-sizing: border-box;">双功能单分子异质结电催化剂用于完全选择性CO2转化集成有机氧化纳米聚合利用可再生电力，将二氧化碳（CO2）高效转化为高附加值的化学品和燃料，对解决能源和环境危机具有重要的战略意义。目前，电催化CO2还原依然存在还原电势高、电流密度小、产物选择性低等问题，严重阻碍了其实际应用。开发结构明确、高效稳定的电催化剂是解决这些问题的核心。目前，在众多ECR催化剂中，具有高分散M-N4结构的异相分子基催化剂表现出了巨大的优势。设计并合成具有特殊结构的分子基催化剂，并将其以单分子水平牢固锚定在导电基底上有望获得独特的单分子异质结。单分子异质结内的强相互作用（如电荷转移作用，共价成键作用等）可以进一步调控M-N4催化中心的电子结构，从而实现高效电化学催化。此外，一些有机基团（如氨基基团）被报道也可以有效促进分子基催化剂在电催化CO2还原中CO2分子的吸附和活化。因此，将多种促进效应集成到一种催化平台中，不仅有望实现电催化CO2还原性能的全面升级，而且有望实现多种反应的整合并降低能源消耗。近日，来自中国科学院福建物质结构研究所的朱起龙研究员在国际知名期刊Energy & Environmental Science上发表题为“Bifunctional single-molecular heterojunction enables completely selective CO2-to-CO conversion integrated with oxidative 3D nano-polymerization”的研究论文。该论文报道了一种独特的单分子异质结电催化剂，实现了高活性的完全选择性CO2还原，并通过将电催化CO2还原与有机氧化纳米聚合进行耦合，构建了一种“一石二鸟”的独特催化范例。图1. 图示双功能单分子异质结电催化剂及其用于整合CO2还原和有机氧化纳米聚合设计并合成了一种含12个叠氮基团的新型镍酞菁（N3NiPc），由于其独特的分子结构，通过强烈的π−π堆积作用、电荷转移作用以及共价键合，可以有效地将N3NiPc以单分子形式锚定在碳纳米管（CNT）上，实现了高稳定的单分子异质结电催化剂的构建。测试结果表明，所制备的单分子异质结电催化剂（N3NiPc-CNT）表现出100%的CO选择性（产物中CO/H2比超过1000）、大的电流密度、超高的转化频率（TOF）及优异的稳定性。特别是在超过200 mA cm-2的大电流密度下，N3NiPc-CNT依然可以实现100%的FECO，CO/H2比可达700。研究发现，N3NiPc-CNT中丰富的叠氮基团除了用于共价锚定，多余的叠氮基团还可以被原位电化学还原为丰富的氨基官能团，从而在M-N4活性中心有效地构筑了表面局部微环境，提高了CO2的局部浓度并促进活化。在一个电解系统中，N3NiPc-CNT单分子异质结作为双功能电催化剂用于整合阴极的CO2还原和阳极的有机氧化纳米聚合，同时实现了阴阳极双高附加值产品的高效制备和能源消耗的有效降低。这项工作为开发高效实用的ECR电催化剂及其集成电化学合成技术提供了范例性的参考。Bifunctional single-molecular heterojunction enables completely selective CO2-to-CO conversion integrated with oxidative 3D nano-polymerizationhttps://doi.org/10.1039/D0EE03731A中科院福建物质结构研究所研究员，博士生导师，课题组长。曾先后获得日本学术振兴会（JSPS）基金（2013）、国家级青年人才计划（2017）、福建省高层次创业创新人才项目（2018）、福建省首批青年人才托举工程（2018）等。主要从事原子级纳米多孔催化剂的能源应用研究。迄今，在SCI期刊上发表原创性论文110余篇，其中以第一/通讯作者身份在Nat. Rev. Mater.、Chem. Soc. Rev.、Chem、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.等国际知名期刊上发表论文近80篇，10多篇文章入选ESI高被引（top 1%）和ESI热点（top 0.1%）论文，总引用7000多次，H因子36。多篇论文被选为期刊封面或热点论文，部分工作被MaterialsViews，ChemistryViews，Science Daily，Science Newsline，Nanotechnology Now，R&D等众多科学媒体作为研究亮点和重要进展来报道。目前主持承担福建省引进高层次创业创新人才项目、国家自然科学基金项目等课题。
