人工光合作用是一个充满活力的研究领域，旨在通过太阳能将丰富的、低能量的分子，如水、氮或二氧化碳转化为燃料或有用的增值化学品。光电还原二氧化碳是一种很有吸引力的策略，目的是在低偏压或无偏压的情况下将温室CO₂气体还原成CO等有价值的化学品。然而，目前还没有发现使用富含稀土的分子催化体系能够高活性的将水介质中的CO2选择性还原生成CO。

近日，法国南特大学Fabrice Odobel，巴黎大学Marc Robert报道了一种基于Cu(In，Ga)Se₂（CIGS）SC和钴季吡啶催化剂的光电阴极，并首次作为分子基光阴极的组成用于水中的CO₂还原。

文章要点

1）研究人员制备了平面四齿配体2,2‘:6’,2‘:6’,2“-季吡啶的钴配合物（Co-qPyH）。采用平面TiO₂（f-TiO₂）和TiO₂（m-TiO₂）接枝表面并保护顶层。通过衰减的全反射红外光谱（ATR-IR）分析，Co-qPyH粉末与Co-qPyH负载的m-TiO₂电极（CoqPyH|m-TiO₂）之间相似，这表明该催化剂已成功接枝在表面上。

2）当与接枝在TiO₂上保护层上的Co-qPyH分子催化剂结合使用时，在中性水溶液中的可见光照射下，同时获得了良好的选择性，活性和负过电位。与先前报道的分子杂化体系相比，即使是包括贵金属的分子杂化体系，其性能也具有明显的改善。例如，通过将Ru配合物接枝到赤铁矿光电阴极上，在110 mV过电位下，获得的CO的最大光电流密度为45 μA cm^-2，比Co-qPyH|f-TiO₂|CIGS光电阴极小一个数量级以上。

3）值得注意的是， PEC装置在纯水介质中表现出出色的光电催化活性，其CO₂还原为CO的选择性为97％。为开发性能更好的光阴极PEC减少二氧化碳铺平了道路。

Pati, P.B., Wang, R., Boutin, E. et al. Photocathode functionalized with a molecular cobalt catalyst for selective carbon dioxide reduction in water. Nat Commun 11, 3499 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-17125-4

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17125-4