利用可再生能源通过电催化CO₂还原反应(CO₂RR)将CO₂转化为燃料和化学原料是缓解能源需求增长的一种很有具有潜力的技术。开发高效的电催化剂对促进CO₂RR的实际应用具有关键作用。最近，掺杂氟的碳材料被认为是CO₂RR的有效催化剂。氟掺杂可以调整电子结构，从而增强COOH*的吸附，抑制析氢反应(HER)。然而，氟掺杂碳催化剂的电流密度和法拉第效率较低。要使掺杂氟的碳催化剂具有高的CO2RR性能，一方面可以通过调整催化剂的尺寸来增加暴露的催化剂活性位点，提高原子效率；另一方面通过促进CO₂或CO₂RR相关物质的传输，可以降低CO2RR的过电位来提高催化剂的活性。而催化剂表面的微观结构对活性位点和传质性能具有重要影响。因此，设计独特的形貌或结构是获得高性能掺氟碳催化剂的有效策略。有鉴于此，北京理工大学倪伟博士（第一作者）和北京化工大学严乙铭教授（通讯作者）等人报道了设计制备了一种笼状结构的氟掺杂多孔炭，对CO₂RR表现出优异的催化性能。

本文要点

1）他们设计制备了氟掺杂的笼状多孔碳(F-CPC)，并对其结构特性进行优化调整。优化后的F-CPC具有较大的表面积，微孔丰富，导电性好。

2）作为CO₂RR的催化剂时，F-CPC在-1.0 V（vsRHE）时对CO产物的FE为88.3%，电流密度为37.5 mA·cm^-2。而且，该催化剂具有良好的稳定性。

3）实验结果和有限元模拟结果表明，F-CPC在高过电位条件下具有良好的CO₂RR性能，这主要是由于其笼状形貌赋予的结构增强电催化过程，纳米型催化剂表面对CO₂的增强吸附和活化导致了F-CPC性能的提高。掺F的碳壳上各圆孔的边缘位置产生高电场，从而增加了K⁺的局部浓度，降低了CO₂RR的热力学势垒。

总之，该工作制备的F-CPC是一种很有潜力的CO₂RR催化剂，在高过电位条件下实现了高选择性，而且该工作增加了对材料的结构性能关系的深入了解，为设计高性能催化剂提供了一种新的思路。

参考文献：

Wei Ni et al. Fluorine Doped Cage-Like Carbon Electrocatalyst: An Insight into the Structure-Enhanced CO Selectivity for CO2 Reduction at High Overpotential. ACS Nano, 2020.

DOI: 10.1021/acsnano.9b08528

http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b08528