聚集和浸出是合成高效耐用的非均相分子催化剂的两个主要障碍。这些问题对于带电分子来说甚至更为严重，不仅导致分子性能不理想，而且导致对带电分子功能的错误评价。

有鉴于此，香港城市大学叶汝全教授与华东理工大学朱明辉教授等人，开发了一种利用重氮盐反应和甲基化反应原位将固定在CNT表面的分子官能团转化的策略。

本文要点

1）结合实验数据和理论计算，研究了正电荷对分子催化剂CO2RR性能的增强作用。选取了三种不同官能团修饰的酞菁分子：酞菁钴（CoPc）、四氨基酞菁钴（CoTAPc）、四三甲基苯胺酞菁钴（CoTMAPc）。

2）结果表明CoTMAPc显示出最高的CO₂RR活性，然而正电荷的引入极大地增加了分子的水溶性，催化剂严重浸出，电流密度迅速衰减。开发了一种原位功能化策略，通过重氮盐反应及后续的甲基化反应将CoTMAPc共价接枝到CNT表面（CoTMAPc@CNT），然后进行完全的甲基化反应。

3）该策略通过共价连接的方式成功将水溶性分子催化剂单分散地固定在CNT表面，表现出优异的CO₂RR活性和稳定性。在590 mV的过电位下表现出239 mA cm^-2的工业级电流密度，CO选择性为95.6％和0.069 mg cm^-2的极低分子负载。

总之，该工作为高性能和稳定的多相电解带电分子催化剂的设计提供了新的见解，为高性能CO₂RR分子催化剂的设计提供了一种新思路。

参考文献：

Jianjun Su et al. Building a stable cationic molecule/electrode interface for highly efficient and durable CO₂ reduction at an industrially relevant current. Energy Environ. Sci., 2021.

DOI: 10.1039/D0EE02535F

https://doi.org/10.1039/D0EE02535F