内置轴向电场驱动的富电子单分子共位点，用于在超宽电位窗口内促进二氧化碳电还原为一氧化碳

通过可再生能源驱动二氧化碳电催化还原为CO，开发具有富氧空位ZnO支撑的钴磷配合物催化剂（CoPc@ZnO_v），其内置轴向电场效应显著提升CO生成活性与选择性，在宽电位窗口（-0.7至-2.0 V vs RHE）下法拉第效率持续超90%，并抑制副反应氢析出。该研究提出基于异质结极化效应的分子催化剂设计新策略。

　　

摘要

利用可再生能源将二氧化碳（CO₂）转化为一氧化碳（CO）为生产多种化学品和燃料提供了一种可持续的方法。然而，由于缺乏普遍适用的可行性，大规模转化受到了很大限制。在这里，我们开发了一种基于CoPc锚定在富氧空位的ZnO上的电催化剂（CoPc@ZnO_v），从而提高了二氧化碳转化为一氧化碳的活性和选择性。值得注意的是，在H型电池中，CoPc@ZnO_v的转化效率（FEco）在1.3 V（相对于RHE为?0.7至?2.0 V）的宽电位范围内仍保持在90%以上；在流动电池中为1.40 V（相对于RHE为?0.4至?1.8 V）；在MEA装置中，在较低的电池电压（2.0–3.0 V）下也能达到这一水平。这一性能超过了之前报道的基于分子CoPc的电催化剂以及大多数单金属位点材料。密度泛函理论计算结合原位光谱分析表明，由p-n结整流效应产生的内置轴向电场能够驱动具有不对称电荷分布和几何曲率的富电子单Co-N₄位点，这促进了COOH的形成（即强CO₂吸附、快速H₂O解离和质子供应），同时抑制了氢气的释放反应，从而在宽电位范围内有利于通过CO₂RR途径生成CO。这项工作提出了一种基于内置轴向电场理论的新型不对称单分子Co-N₄位点催化剂设计策略，以及一种调节垂直于平面极化以改善催化性能的新方法。

图形摘要

首次将p型单分子CoPc精确地锚定在富氧空位的n型ZnO_v载体上，在异质界面处形成的强轴向电场（BEF）促进了电子从ZnO_v向CoPc的转移，从而导致富电子分子Co-N₄位点的电子和几何不对称性。值得注意的是，这种电催化剂在宽电位范围内表现出优异的二氧化碳转化为一氧化碳的催化性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。