过渡金属单位点催化剂具有独特的电化学CO₂还原活性。但是，由于在可控合成单原子催化剂（SAC）和金属载体中的缺陷方面存在许多挑战，因此尚不清楚确切的活性中心和反应机理。

有鉴于此，国家纳米科学中心唐智勇研究员和Yan Gao等人，结合实验和理论计算，系统地探索了氮掺杂多孔碳上选定过渡金属单位点的反应机理。

本文要点

1）采用快速热解法制备了层间距离为0.35 nm的富勒烯型碳，以负载M–N–C（M = Ni，Fe，Co和Cu）。实验结果表明，镍和铁的法拉第效率优于其他金属，分别达到97%和86.8%。

2）理论计算表明，Ni-N-C在较高的超电势下表现出最佳的CO₂还原为CO的活性，这是因为Ni位点具有适度的*CO结合能，有利于*COOH的形成和*CO的解吸。

3）此外，*CO在Fe位点上的强结合使催化剂不仅能将CO₂还原为CO。Ni-N-C催化剂的电流密度高达17.6 mA cm^-2，而且Ni–N–C催化剂在-0.8 V vs. RHE下实现了5.74 s^-1的TOF。

参考文献：

Leta Takele Menisa et al. Insight into atomically dispersed porous M–N–C single-site catalysts for electrochemical CO₂ reduction. Nanoscale, 2020.

DOI: 10.1039/D0NR03044A

https://doi.org/10.1039/D0NR03044A