单原子金属基担载氮掺碳材料是CO₂电催化还原反应中一种最为重要的催化剂材料，通过最大化的利用催化原子、降低金属中心配位数，该类型催化剂在CO₂还原为CO的反应中具有非常高的选择性。通过将该反应和费托反应结合，能够用于合成液体烷烃。此外，这种M-N-C材料催化剂能够将生成的CO进一步转化为烷烃。有鉴于此，巴塞罗那科学技术学院加泰罗尼亚化学研究所(ICIQ) Núria López等报道了此类催化剂在CO₂电化学还原中Ni纳米粒子催化剂的稳定性、分散性。

本文要点：

（1）

合成了多种结构的催化剂，考察其电催化CO₂活性区别。Ni纳米粒子担载于碳上；单原子Ni担载于饱和N掺杂碳；同时含有Ni纳米粒子和单原子Ni；担载于不饱和N掺杂碳上的Ni纳米粒子。对催化剂进行连续5次催化测试，考察催化性能变化情况。多次催化反应中，催化活性发生显著的变化，特别是对于担载于不饱和N修饰的碳基底上的Ni纳米粒子。

（2）

在N修饰碳基底上加热分散Ni单原子催化剂展示了高催化活性，但是在饱和碳基底上担载的Ni催化性能并不高。Ni纳米粒子、Ni单原子修饰的氮化碳在生成CO反应中具有最高的选择性。

（3）

通过DFT计算了不同基底上担载不同粒径/不同晶面/不同配位的Ni催化剂，和其在电催化CO₂中的活性，从而进行活性的比较和区分。计算CO₂分子吸附、COOH中间体在不同催化剂上的吸附规律。研究了Ni纳米粒子在电催化过程中在N掺杂碳材料界面上的结构变化规律。发现Ni(211)界面在CO覆盖率非常高（8/12 ML）的条件中才能产生界面重构，生成Ni(CO)₄物种。

参考文献

Paulina Prslja and Núria López*, Stability and Redispersion of Ni Nanoparticles Supported on N-Doped Carbons for the CO₂ Electrochemical Reduction, ACS Catal. 2021, 11, XXX, 88–94

DOI: 10.1021/acscatal.0c01909

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01909