全球工業的高速發展以及人類活動導致溫室氣體排放量大幅增加，地球生態環境正在遭受著不可逆轉的破壞。二氧化碳作為溫室氣體的主要代表成分，如何將其轉化為碳氫化合物燃料吸引了全球科學家們的重點關注。在現存的幾種有效的轉化方法中，電化學催化還原二氧化碳由于可在常溫常壓下進行，并且能夠實現人為的閉合碳循環，已然成為當下研究熱點和重點。
具有化學穩定性和結構可調性的金屬絡合物是一類有前景的電催化二氧化碳還原（ECR）催化劑，尤其是固定化的金屬酞菁（phthalocyanine）。
酞菁，是一類大環化合物，環內有一個空腔，直徑約2.7×10^-10m。中心腔內的兩個氫原子可以被70多種元素取代，包括幾乎所有的金屬元素和一部分非金屬元素。酞菁的配位數是四，依金屬的原子尺寸和氧化態，一個或兩個金屬原子可以嵌入酞菁的中心腔內。
然而，未取代的金屬酞菁的強分子間π-π堆積相互作用通常導致明顯的聚集、降低溶解度，并因此通常在支撐表面上具有不可控制的組裝，具有不均勻和多層的沉積，嚴重降低了活性位的效率。
因此，開發具有可控的組裝行為和可調節的表面潤濕性以實現優異的ECR性能的非聚集金屬酞菁催化劑仍然是一個挑戰。
中國科學院
福建物質結構研究所的朱起龍研究員帶領的研究小組在《應用催化：環境》上發表了一篇文章，報道了一種極活潑且選擇性固定的pyrrolidinonyl nickel 酞菁(PyNiPc)（PyNiPc）ECR催化劑。
該催化劑是通過內置的吡咯烷酮（pyrrolidone）基團輔助的組裝/固定策略構建的，并提出了PyNiPc在碳納米管上的單分子水平分散，以實現Ni-N4活性位點的高表面密度。
研究人員發現，所得催化劑（PyNiPc/CNT）可以在電催化二氧化碳還原中主要產生一氧化碳，在很寬的電位范圍內提供近100％的法拉第效率，并在–0.88V及可逆氫電極（RHE）時獲得高達640的超高CO/H2體積比。
此外，他們發現在0.67V的過電勢下連續計時電流法測試10小時后，一氧化碳的電流密度和法拉第效率沒有顯著降低。
此外，實驗結果表明PyNiPc/CNT對ECR的高活性源于PyNiPc與CNT之間的單分子協同催化作用，并且內置的吡咯烷酮基團在促進酞菁分散和催化中也起著重要作用。
該研究提出了一種充分利用鎳-酞菁優良內在活性的新策略，并為開發用于二氧化碳還原和其他電化學技術的高效穩定的電催化劑提供了有價值的指導。
