均相分子催化剂具有精准的活性中心结构，易于进行机理研究，是研究电化学反应结构与活性之间关系（Structure−Reactive Relationship）的有利体系。然而，为了寻找具有高选择性和高活性的CO₂还原反应（CO₂RR）电催化剂，使碳排放转化为有用的燃料和化工产品，将分子催化剂负载到底物上具有重要意义，所得到的多相催化剂可以实现实用电解槽所需的高电流密度和操作方便性。

近日，耶鲁大学王海梁教授综述了用于电化学CO₂RR的金属酞菁多相分子催化剂的研究进展。

文章要点

1）通过对用于CO₂RR为CO的电催化剂的制备方法和材料结构的优化，发现活性物质的分子级分散和载体的高电导率是控制催化剂活性的重要因素。催化剂中活性中心的分子性质使得人们基于机理对催化剂进行优化成为可能。

2）作者展示了如何利用吸电子和给电子配体取代来修饰分子的氧化还原性能，提高其催化活性和稳定性。通过进一步调整这些因素，分子多相催化剂可以实现电化学CO₂RR为甲醇，这是传统分子催化剂所无法实现的。其中，六电子还原过程通过CO作为关键中间体。然后快速、连续的电子传递到活性中心有利于进一步将CO还原为甲醇。

3）作者指出，在催化剂分子溶解在电解质溶液中的均相电催化中，即使分子结构保持不变，实际催化也可能是由永久吸附在电极表面的分子所主导，因此其本质上是非均相的。

作者以对金属酞菁分子催化CO₂电还原反应的研究为例，总结了其对多相分子电催化的理解，这也同样适用于其他电化学体系。

参考文献

Yueshen Wu, et al, Heterogeneous Molecular Catalysts of Metal Phthalocyanines for Electrochemical CO₂ Reduction Reactions, Acc. Chem. Res., 2021

DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00200

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00200