在将CO₂电化学还原反应（CO₂RR）转化为CO的过程中，CO在高法拉第效率（FE_CO）下的窄电位范围仍然阻碍了其最终实用可行性。尽管通过杂原子掺杂可以有效的设计电子结构。然而，可行的合成和精确的控制仍然具有挑战性。

近日，清华大学彭卿教授，陈晨副教授，化学与精细化工广东省实验室Shoujie Liu报道了O掺杂的碳载体与Fe前驱体螯合，可以实现O原子与Fe中心的配位，并有效地将CO₂RR转化为CO。

文章要点

1）研究人员采用快速热解法制备了富氧碳载体。在精确控制煅烧条件以诱导具有Fe₁N₄活性中心的Fe前驱体与氧掺杂载体键合后，成功地设计并构建了可用于高选择性CO₂RR的Fe₁N₄-O₁活性位点。

2）实验结果显示，合成的催化剂可在310 mV（0.56~-0.87 V vs.RHE）的宽电位范围内连续保持在接近100%的高FE_CO。作为比较，研究人员还制备了Fe₁N₄和Fe₁N₄-N₁位点。结果显示，Fe₁N₄和Fe₁N₄-N₁位点在电位点分别为-0.85和-0.64V时，FE_CO峰值仅能达到64%和92%。

3）结合密度泛函理论（DFT）计算，研究人员发现Fe-O诱导电子局域化的Fe₁N₄-O₁位点更容易脱附CO，抑制了竞争性析氢反应（HER），从而提高了CO的生成活性。

参考文献

Zhiqiang Chen, et al, Fe₁N₄-O₁ site with axial Fe-O coordination for high-selective CO₂ reduction over wide potential range, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE00569C

https://doi.org/10.1039/D1EE00569C