港理工/北航JACS：近100%选择性！Hg-CoTPP/NG在高电流密度下超稳定的CO2电还原为CO

电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）具有高法拉第效率（FE）和在高电流密度下的高稳定性，但由于其电化学稳定性差和与析氢反应（HER）的竞争而具有挑战性。基于此，香港理工大学黄维扬（Wai Keung Wong）教授和Linli Xu、北京航空航天大学朱英副教授（共同通讯作者）等人报道了在密度泛函理论（DFT）计算的指导下，他们设计了一系列新型金属卟啉连接的汞化石墨炔（Hg-MTPP）作为CO₂RR的电催化剂（即Hg-CoTPP），因为Hg-MTPP诱导了高HER过电位。

值得注意的是，Hg-CoTPP在H-型电池中合成并在-0.76 V vs. RHE下产生了95.6%的最大CO法拉第效率（FE）。由于对HER的极大抑制，即使在-1.26 V vs. RHE下也具有91.2%的CO FE。当在流动电池中，Hg-CoTPP与N掺杂石墨烯（Hg-CoTPP/NG）能够在1.2 A cm^-2的电流密度下实现接近100%的高CO FE，特别是在电流密度约为420 mA cm^-2下突破性的超过360 h的稳定性。

进一步的实验和计算结果表明，Hg-CoTPP的汞化石墨炔带来了较高的HER过电位，并调节了金属中心的d-带电子态，使d-带中心更接近费米能级，从而增强了Hg-CoTPP上的*COOH中间体成键。NG的引入可以缩短Co-N配位键，从而增强电子向金属中心的转移，进而而降低*COOH的能垒。该研究结果表明，Hg-MTPP可以作为一类新的二维（2D）材料，并为在商业应用中的高效CO₂RR电催化剂提供了新设计理念。

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.