单原子掺杂碳材料在各种电化学应用中具有重要意义。然而，合成中的高热解温度和高能量耗散以及活性位点暴露不足的问题仍有待解决。

有鉴于此，日本国家材料研究所(NIMS)首席研究员叶金花和天津大学邓意达教授等人，开发了一种低温（低至450°C）化学气相沉积策略，以制备由Ni-N物种分散的碳层（Ni-NC@Ni）包裹的Ni纳米颗粒的片状开放纳米结构催化剂。

本文要点

1）与广泛需要的约900°C的热解温度相比，碳基SAC的合成温度降低至450°C。

在碳壳中可以得到高密度的孤立的Ni–N物种（〜4.23 at％）。

2）这种Ni-NC@Ni催化剂具有出色的CO₂电还原性能，包括对CO产物的高选择性(法拉第效率~87%)，在670 mV的中等过电势下的14.8 mA cm^-2的高电流密度，以及超过150小时的长期稳定性。

3）实验分析证实了Ni–N物种为活性中心，并表明开放式的分层纳米结构不仅促进了传质过程，而且为CO₂高效电还原提供了更快的电荷转移通道。金属镍纳米粒子核作为良好的导体有助于电荷转移。

总之，该工作为单原子掺杂碳材料的开发开辟了一条新途径，并有助于促进其在能量转换和存储技术方面的应用。

参考文献：

Yu He et al. Low-temperature strategy toward Ni-NC@Ni core-shell nanostructure with Single-Ni sites for efficient CO₂ electroreduction. Nano Energy, 2020.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105010

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105010