電化學(xué)二氧化碳還原反應(yīng)（CO₂RR）具有高法拉第效率（FE）和在高電流密度下的高穩(wěn)定性，但由于其電化學(xué)穩(wěn)定性差和與析氫反應(yīng)（HER）的競爭而具有挑戰(zhàn)性?；诖耍?strong>香港理工大學(xué)黃維揚(yáng)（Wai Keung Wong）教授和Linli Xu、北京航空航天大學(xué)朱英副教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了在密度泛函理論（DFT）計(jì)算的指導(dǎo)下，他們設(shè)計(jì)了一系列新型金屬卟啉連接的汞化石墨炔（Hg-MTPP）作為CO₂RR的電催化劑（即Hg-CoTPP），因?yàn)镠g-MTPP誘導(dǎo)了高HER過電位。

值得注意的是，Hg-CoTPP在H-型電池中合成并在-0.76 V vs. RHE下產(chǎn)生了95.6%的最大CO法拉第效率（FE）。由于對HER的極大抑制，即使在-1.26 V vs. RHE下也具有91.2%的CO FE。當(dāng)在流動(dòng)電池中，Hg-CoTPP與N摻雜石墨烯（Hg-CoTPP/NG）能夠在1.2 A cm^-2的電流密度下實(shí)現(xiàn)接近100%的高CO FE，特別是在電流密度約為420 mA cm^-2下突破性的超過360 h的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明，Hg-CoTPP的汞化石墨炔帶來了較高的HER過電位，并調(diào)節(jié)了金屬中心的d-帶電子態(tài)，使d-帶中心更接近費(fèi)米能級(jí)，從而增強(qiáng)了Hg-CoTPP上的*COOH中間體成鍵。NG的引入可以縮短Co-N配位鍵，從而增強(qiáng)電子向金屬中心的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而而降低*COOH的能壘。該研究結(jié)果表明，Hg-MTPP可以作為一類新的二維（2D）材料，并為在商業(yè)應(yīng)用中的高效CO₂RR電催化劑提供了新設(shè)計(jì)理念。

Metalloporphyrin-Linked Mercurated Graphynes for Ultrastable CO₂ Electroreduction to CO with Nearly 100% Selectivity at a Current Density of 1.2 A cm^-2. J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c05059.

https://doi.org/10.1021/jacs.2c05059.