原子分散的单原子催化剂是最具吸引力的CO₂还原反应（CRR）电催化剂之一。

近日，为了阐明原子分散的Fe−N−C催化剂具有出色的CRR活性的原因，新加坡南洋理工大学刘斌教授，中科院大连化物所黄延强研究员，南方科技大学Cong-Qiao Xu报道了在一个具有精准N配位环境的单Fe原子催化剂上进行了Operando ⁵⁷Fe- Mössbauer谱研究。

文章要点

1）结合Operando X射线吸收光谱，研究人员确定了原位生成的含一价铁的四个吡咯氮原子配位的低自旋Fe(I)（LS Fe^IN₄）是CO₂转化为CO的反应中心。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，CO₂与LS Fe^IN₄位的最佳结合能，以及Fe(I)位的单占据d_z²轨道和裂开的[COOH]的单占据π*轨道之间的强轨道相互作用，是单Fe原子催化剂具有优异CRR性能的关键因素。

参考文献

Xuning Li, et al, Unveiling the In Situ Generation of a Monovalent Fe(I) Site in the Single-Fe-Atom Catalyst for Electrochemical CO₂ Reduction, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c01621

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01621