电化学CO₂还原反应(CO₂RR)有望通过将CO₂转化为燃料和有价值的化学物质来实现碳闭环，同时将阳光和风等可再生能源储存为化学能。然而，由于CO₂本身具有化学惰性，有效的电化学CO₂活化和CO₂的靶向转化是一个巨大的挑战。

为此，人们开发了多种电催化剂。其中，多相分子催化剂由于其明确的分子结构以及丰富的金属中心和配体库而特别具有吸引力，特别是酞菁钴(CoPc)与*COOH和*CO的中度结合而显示出高CO选择性。然而，CoPc在反应过程中会由于π−π堆积引起的严重分子聚集，这降低了其CO₂RR性能。

基于此，苏州大学彭扬和程涛等将CoPc锚定在Mg(OH)₂/氮掺杂碳纳米片(CoPc/Mg(OH)₂/NC)上，以实现高效电催化CO₂RR。

借助于分子−载体相互作用，CoPc/Mg(OH)₂/NC在100 mA cm⁻²大电流密度下催化CO₂转化为CO的过电位低至0.31±0.03 V；并且在流动池中，该催化剂在50−300 mA cm⁻²的宽电流密度范围内的CO法拉第效率高达95%。

更重要的是，在膜电极组件(MEA)中，CoPc/Mg(OH)₂/NC能够在100 mA cm⁻²下持续运行50小时以上，并且其法拉第效率>90%，表明其具有优异的催化稳定性。

采用原位拉曼光谱和ATR-SEIRAS进行的机理研究表明，增强的CO₂RR动力学归因于Mg(OH)₂促进了第一步电子转移后阴离子*CO₂⁻中间体的早期和易于形成。密度泛函理论(DFT)计算表明，引入路易斯酸中心来容纳氧的孤对电子，有助于极化吸附在CoPc金属中心上的CO₂分子，从而降低CO₂RR的活化势垒。

总的来说，这项工作突出了工程分子-载体界面的重要性，其不仅有效提高了催化性能，并推动了工业规模CO₂RR的进一步发展。

Pre-Activation of CO₂ at Cobalt Phthalocyanine-Mg(OH)₂ Interface for Enhanced Turnover Rate. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202214609