金属-氮-碳是一类具有优异电催化CO2还原性能的催化剂，但目前的制备方法很难获得结构明确且均一的该类催化剂，这严重制约了对其活性中心及催化反应机理的认识。为了探究该类催化剂的反应机理及不同金属中心的活性趋势，该研究团队在长期对金属-N4活性中心结构认识及其催化反应研究（Sci. Adv.，Nat. Nanotechnol.，Angew. Chem. Int. Ed.，Nano Energy，Chem）的基础上，利用具有明确金属-N4结构的系列3d金属酞菁作为模型催化剂进行实验，并结合理论计算、电化学实验及同步辐射X射线原位吸收谱对该体系进行了系统深入的研究。理论计算首先分析了不同金属酞菁电催化还原CO2的反应机理及活性趋势，结果表明，与其他3d金属酞菁相比，钴酞菁具有最优异的催化性能。钴酞菁的高催化活性源于活性中心钴既有利于*COOH的形成，也有利于*CO的脱附。电化学实验验证了理论计算的结果，实验表明钴酞菁可高选择性地将CO2还原成CO，在最优电位-0.8V vs. RHE时，CO的法拉第效率高达99%，并显示了高的稳定性。该工作揭示了具有均一金属-N4活性中心电催化还原CO2的反应机理及活性趋势，并为设计高性能金属-氮-碳催化剂提供了重要借鉴。
该研究工作是与西湖大学肖建平博士、厦门大学田中群院士和王野教授、中科院上海应用物理研究所司锐研究员等合作完成。该研究得到了国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院前沿科学重点研究项目、教育部能源材料化学协同创新中心（2011·iChEM）的资助。（文/图 张政、高鹤华）
