主族金属元素锑（Sb）是促进CO₂还原反应（CO₂RR）生成甲酸盐的重要电催化剂，是一种重要的储氢材料，也是许多工业反应中的关键化学中间体。

近日，北京理工大学陈文星副研究员，张加涛教授，清华大学王定胜副教授，李亚栋院士报道了以氮掺杂碳（NC）纳米片为载体的Sb-N4单元组成的Sb单原子（SA）材料（Sb SAs/NC）可用于高效催化CO2RR合成甲酸盐。

文章要点

1）研究人员采用湿化学和热解方法合成了Sb SAs/NC。首先，氯化锑（SbCl3）、双氰胺（DCDA）和三甲酸在乙醇中充分混合，干燥。然后，将混合粉末在800 ℃、N₂气氛下热解，然后进行酸蚀处理，制得Sb SAs/NC。

2）AFM图像的高度剖面显示，厚度仅为0.5 nm。此外， TEM图像中没有观察到可见的Sb颗粒。STEM和EDS元素图谱结果表明，Sb和N在整个结构上分布均匀。HAADF-STEM图像表明，Sb原子高度分散，并锚定在载体上。沿X-Y方向的强度分布表明，Sb原子的间距至少为0.34 nm，明显大于Sb原子的有效直径，这进一步证明了Sb物种在Sb SAs/NC中的孤立分散特征。此外，采用XPS研究了Sb SAs/NC的组成和化学状态。

3）相对于RHE，Sb SAs / NC在-0.8 V时，具有94.0％的甲酸法拉第效率。原位X射线吸收精细结构（XAFS）研究和密度泛函理论（DFT）计算表明，出色的CO₂RR活性源自带正电的Sb^δ+-N₄（0<δ<3）活性位。

该研究结果为合理设计和精准调控主族金属（Sb，In，Sn，Bi等）的CO₂RR原子尺度电催化剂提供了重要指导。

Zhuoli Jiang, et al, Discovery of Main Group Single Sb-N₄ Active Sites for CO₂ Electroreduction to Formate with High Efficiency, Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE01486A

https://doi.org/10.1039/D0EE01486A