能源短缺和环境污染是人类社会发展面临的最严峻的问题。当前世界的能源消耗仍是以化石能源为主。日益增多的人类活动不仅会加快化石燃料的消耗，还会造成大气中以CO₂为主的温室气体排放量增加，打破自然界的碳平衡。在此背景下，探索有效的降低大气中CO₂浓度的技术已成为各国政府和科学家的重点研究方向。其中，电催化CO₂还原并使之转变成对人类有益的碳氢化合物燃料的技术尤其具有吸引力，其可以在常温常压下进行，所需的能量可以直接或间接地由太阳能等可再生能源提供，真正实现碳元素的循环使用。设计制备低成本、高效的CO₂RR催化剂是该技术规模化应用的前提。单原子催化剂的通用合成和配位环境的控制仍是一个巨大的挑战。近日，中国科学技术大学江海龙教授课题组通过在双金属有机框架中引入聚吡咯(PPy)，提出了一种通用的主-客体协同保护策略来构建SACs。例如，在MgNi-MOF-74中引入Mg²⁺延长了相邻Ni原子的空间距离，PPy客体作为N源，以稳定在热解过程中分离的镍原子。通过对热解温度的调节，制备了一系列单原子镍催化剂(Ni SA-Nx-C)，其N配位数各不相同。而且，Ni SA-N₂-C催化剂，具有最低的N配位数，具有非常高的法拉第(98%)和周转频率(1622 h^-1)，远优于Ni SA-N₃C和Ni SA-N₄-C的CO₂还原活性。理论计算表明，Ni SA-N2-C中单原子Ni位点的低N配位数有利于COOH*中间体的形成，这是其活性较好的原因。该工作对通过调节配位活性改善单原子催化剂的催化活性具有重要的借鉴意义。

Hai-Long Jiang, Yun-Nan Gong, Long Jiao, Yunyang Qian, Chun-Yang Pan, Lirong Zheng, Xuechao Cai, Bo Liu, Shu-Hong Yu. Regulating Coordination Environment of Single-Atom Ni Electrocatalysts Templated by MOF for Boosting CO2 Reduction. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201914977

https://doi.org/10.1002/anie.201914977