流动反应器克服了间歇式反应器(如H槽)中反应物输送的质量传输限制，获得了商业规模电解槽常见的高电流密度(J>100 mA/cm²)。分子催化剂可以在流动反应器中以高电流密度介导选择性 CO₂还原。

近日，不列颠哥伦比亚大学Curtis P. Berlinguette详细介绍了固定化分子电催化剂在 CO₂ 还原反应 (CO₂RR) 中的催化行为如何受到催化剂聚集的影响。

文章要点

1）Operando 拉曼光谱用于研究由固定在电化学流动反应器阴极上的钴酞菁 (CoPc) 层介导的 CO₂RR。研究证明，在电解过程中，催化剂层中 CoPc 的氧化态取决于催化剂聚集的程度。数据表明，固定化分子催化剂必须分散在导电载体上，以减轻聚集体的形成并产生有意义的性能数据。

2）研究人员利用这一机理研究的见解设计了一种改进的 CO 形成固定化分子催化剂——八乙氧基酞菁钴 (EtO₈−CoPc)——具有高选择性 (FE_CO ≥ 95%)、高分电流密度 (J_CO ≥ 300 mA/cm²)、在流通池中具有高耐用性（ΔFE_CO < 0.1%/h，在 150 mA/cm² 下）。

这项工作展示了如何使用原位拉曼光谱准确识别分子催化剂的 CO₂RR 活性物质，以及如何使用此信息将改进的分子电催化剂应用到流通池中。此外，在流通池中 CO₂RR 催化过程中，CoPc 的活性位点是金属中心。

参考文献

Shaoxuan Ren, et al, Catalyst Aggregation Matters for Immobilized Molecular CO₂RR Electrocatalysts, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c08380

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08380