电催化CO2还原制备碳基燃料（包括CO、烷烃和酸等）是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之一。近年研究报道了多种铜(I)基配合物可在有机相中，以低过电位，高选择性地还原CO2，表明铜(I)基配合物是一种极具前景的CO2还原催化剂而受到广泛关注。但是，铜(I)配合物与CO2的电化学反应机制目前尚不明确，并且它们大多数在水相体系中的催化性能较差，严重制约了该类催化剂的实际应用。
　　为解决上述问题，新加坡南洋理工大学化学与生物医药工程学院王昕教授课题组发展了一种结构极为简单的铜基配合物，1,10-phenanthroline-Cu，可在水相中，通过多孔石墨烯电极表面高选择性地还原CO2至CO和甲酸盐。机理研究表明1,10-phenanthroline-Cu在还原电位下，以具有三角双锥几何构型的Cu(I)中心作为活性位点，并通过类似于η1-COO的构型吸附CO2，引发催化还原反应。在电位相对于可逆氢电极-1 V时，CO2还原反应在Cu(I)活性位的TOF高至45 s-1。衰减全内反射电化学原位红外光谱研究表明，1,10-phenanthroline-Cu在电位控制下，可逆地吸附在石墨烯电极表面。并且光谱分析证明了在催化电位下，Cu(I)活性位与石墨烯电极间发生了有效地电子转移，配合物分子内电子密度增加，并且进一步调控了所吸附CO2分子内的电子分布。研究还发现，石墨烯的多孔性减缓了物质在电极表面的传输速率。这种行为选择性地抑制了电析氢反应，从而显著地提高了Cu(I)配合物对CO2还原反应的催化效率。

图1. 水溶性1,10-phenanthroline-Cu配合物在多孔石墨烯电极表面电催化CO2还原。

　　图2. 衰减全内反射电化学原位红外光谱研究表明， 1,10-phenanthroline-Cu在电位控制下，可逆地吸附在石墨烯电极表面，发生有效地电子转移。

图3. 1,10-phenanthroline-Cu在不同石墨烯电极表面的催化活性。

　　该工作不仅拓展一种简单易制的铜(I)基配合物催化剂，而且首次阐述了配合物的催化行为与电极表面结构的相互关系。论文近期发表在Advanced Energy Materials 上，南洋理工大学化学与生物医药工程学院的王炯博士为该论文的第一作者。

该论文作者为：Jiong Wang, Liyong Gan, Qianwen Zhang, Vikas Reddu, Yuecheng Peng, Zhichao Liu, Xinghua Xia, Cheng Wang, Xin Wang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

A Water-Soluble Cu Complex as Molecular Catalyst for Electrocatalytic CO2 Reduction on Graphene-Based Electrodes

Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201803151

导师介绍
王昕
https://www.x-mol.com/university/faculty/50821

来源：X一MOL资讯