碳排放不斷增加積累對環境和人類社會造成了嚴重威脅。近些年來頻繁出現的極端氣候現象為人類敲響了警鐘。為保持人類社會的可持續發展，世界各國紛紛製定了“碳中和”計畫。我國在2020年明確指出“努力爭取2060年前實現碳中和”。在“碳中和”的覈心中，二氧化碳電還原是一種具有代表性的“碳利用”科技。使用電能將二氧化碳轉化為高附加值化學品，是“碳利用”的理想管道。然而，現時二氧化碳電還原距離大規模應用還很遙遠。根本困難在於現有催化劑效能還無法滿足商業應用的要求。囙此，開發高活性、專一選擇性、長壽命的二氧化碳還原催化劑是現時世界範圍內的研究熱點和重點。
金屬有機框架（MOFs）是一類具有重要應用價值的電催化資料。囙此，也被用於二氧化碳電還原的研究中。然而，現有MOF催化劑的催化效能較差。由於組織點的限制，一般認為MOF無法催化獲得深度還原產物。為了解决上述問題，能源學院彭揚教授開發出一種新型MOF催化劑。該催化劑通過浸漬，將納米金針嵌入到MOF骨架中。這種奈米科技在MOF體系中的應用實現了意想不到的優良效能。一方面，納米金針的引入，大幅度提高了MOF的穩定性，解决了已有MOF穩定性低的問題。更為重要的，納米金針內嵌MOF可以顯著提高二氧化碳電還原深度產物，如乙烯等。為了深入理解反應的微觀機理，功能納米於軟物質研究院（FUNSOM）程濤教授與美國加州理工學院William A. Goddard III教授開展了理論類比研究。量子化學計算表明，納米金針的引入啟動了卟啉中的氮位點。該位點可以高活性地將一氧化碳還原為*CHO中間體。這樣，新啟動的氮位點與原有金屬位點配合，實現了雙位點的C-C電化學耦連，為實現二氧化碳深度還原打開了關鍵一步。本研究為理性二氧化碳電催化劑設計提供了新的思路和理論基礎。相關成果以“Au-activated N motifs in Non-coherent Cupric Porphyrin Metal Organic Frameworks for Promoting and Stabilizing Ethylene Production“為題，在Nature Communications上發表。
本研究的完成得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、江蘇省高等院校重點學科建設（PAPD）等支持。本研究的理論計算在那你科學技術學院自籌組建的超算集羣上完成。
作者資訊：Xie Xulan？，Zhang Xiang？，Xie Miao？，Xiong Likun，Sun Hao，Lu Yongtao，Mu Qiaoqiao，Mark H. Rummeli，Xu Jianbin，Li Shuo，Zhong Jun，Deng Zhao，Ma Bingyun，Cheng Tao *，William A Goddard III*，Peng Yang*
文章連結：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27768-6
專案資助：This work is supported by National Natural Science Foundation of China（Nos. 22072101，22075193，21903058），Natural Science Foundation of Jiangsu Province（No. BK20211306），National Key R&D Program of China（Grant no. 2020YFB1505703 and 2020YFA0406103），Natural Science Foundation of Jiangsu Higher Education Institutions（SBK20190810），Six Talent Peaks Project in Jiangsu Province（No. TD-XCL-006），and the Priority Academic Program Development（PAPD）of Jiangsu Higher Education Institutions.This work was supported by the Project of Jiangsu Engineering Laboratory of New Materials for Sewage Treatment and Recycling，Soochow University（No. SDGC2126）.This work was also partly supported by the Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science & Technology.W.A.G. gratefully acknowledges support from the Liquid Sunlight Alliance，which is supported by the U.S. Department of Energy，Offifice of Science，Offifice of Basic Energy Sciences，Fuels from Sunlight Hub under award number DE-SC0021266.