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01 科学配景

电化学CO2收复响应（CO2RR）提供了一种将CO2滚动为有用燃料和化学品的路线，尤其是粗略产生高能量密度的碳氢化合物，举例CH4、C2H4和C2H5OH。然而，现存的CO2RR本事大多依赖于金属催化剂，这些催化剂诚然灵验，但频频存在褂讪性和采取性不及的问题。比拟之下，有机分子催化剂具有更高的可调性，表面上粗略更精准地调控响应旅途，但它们在工业关系电流密度下恒久开动的才调仍然不及，且催化机制尚不解确。并且大多量报说念的分子催化剂，都围聚在低电流密度下将CO/甲酸盐行为最终产物，很少不雅察到具有两个以上电子蜕变的产物，举例CH4或C2H4。因此，开辟出粗略在高电流密度下褂讪开动并具有高采取性的CO2RR催化剂，将CO2滚动为CO/甲酸盐之外的居品关于激动电化学CO2收复本事的本色应用至关紧要。

02 翻新后果

香港汉文大学助理领导王莹与奥克兰大学王子运领导配合展示了一种基于膜电极组件（MEA）的三唑分子催化的CO2RR系统，用于在总电流为10 A（电流密度= 123 mA cm-2）的情况下采取性电解甲烷化10小时。密度泛函表面(DFT)缱绻的机理斟酌标明，3，5-二氨基-1，2，4-三唑(DAT)的极高CO2RR活性与其前沿轨说念的能级与CO2最低占据分子轨说念的能级对皆策划，DAT中的胺基可能是活化CO2的活性位点。DAT上CO2的收复通过*COOH–*C(OH)2–*COH路线进行，然后进行后续质子化生成最终居品CH4。分子电极的空间散播活性位点和纯果真结构使得粗略快速褂讪地从CO2分娩CH4，使用DAT修饰的气体扩散电极下完毕了CO2到CH4的高效滚动，在250 mA cm-2的电流密度下法拉第效劳（FE）为（52±4）%，调遣频率（TOFCH4）为23060 h-1。关系斟酌后果2024年9月24日以“Electroreduction of CO2 to methane with triazole molecular catalysts”为题发表在Nature Energy上。

03 中枢翻新点

高效的三唑分子催化剂：行使3，5-二氨基-1，2，4-三唑（DAT）行为分子催化剂，完毕了在250 mA cm-2电流密度下高达52%的甲烷法拉第效劳。

新式响应机制：通过机理斟酌，建议了不同于传统金属催化剂的CO2收复响应旅途，终点是通过*COOH–*C(OH)2–COH旅途产生CH4，跳过了CO中间体。

空间散播的活性位点：分子催化剂的空间散播活性位点有助于幸免C2+响应旅途，从而完毕对CH4的高采取性。

04 数据概览

图1.CO2RR催化剂筛选

图2.分子催化剂上的CO2RR性能

表 1.DAT电极上电化学13CO2RR产物的FE

表 2.MEA中不同电流密度下4cm2DAT电极上居品的FE

图3.DAT上CO2滚动为CH4的机理

图4.用于power to fuel的放大分子电极

05 后果启示

本斟酌通过想象3，5-二氨基-1，2，4-三唑（DAT）分子催化剂，得胜完毕了在较高电流密度下将CO2电化学收复成甲烷CH4的高效滚动，为CO2RR本事提供了新的分子催化剂想象想路。斟酌收尾揭示了分子催化剂在CO2活化、中间体褂讪化以及采取性欺压方面的私有上风，终点是打破了传统金属催化剂的局限性。领先，DAT分子通过其氨基与CO2变成褂讪的加合物，灵验促进了CO2的活化；其次，分子催化剂的空间散播活性位点故意于幸免副响应的发生，援救了产物的采取性；终末，本斟酌通过密度泛函表面（DFT）缱绻，揭示了可能的CO2到CH4的非传统催化旅途，绕过了能量上不利的*CO中间体，为分子想象提供了表面相沿。这些收尾标明，通过精准调控分子结构和电子特质，分子催化剂有望在CO2RR中完毕工业应用级的高性能，激动了CO2滚动本事向绿色可抓续动力概念迈进。

原文流通：doi.org/10.1038/s41560-024-01645-0

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