使用可再生能源进行电化学CO₂还原 (eCO₂RR) 是追求碳中和的有效途径。 eCO₂RR 转化为 CO 对于通过双功能催化促进 C−C 耦合和实现从 CO₂ 到 C₂₊ 的级联转化必不可少。

近日，法国蒙彼利埃大学Frédéric Jaouen报道了开发并研究了一系列 M/N-C（M = Mn、Fe、Co、Ni、Cu 和 Zn）催化剂，其特征在于在非原位条件下负载在氮掺杂碳 (N-C) 上的高度分散的金属氧化物颗粒，除了 Cu/N-C 和 Zn/N-C，其他M/N-C主要是原子分散的金属位点。

文章要点

1）研究人员在具有 气体扩散电极（GDE ）的流通池中评估了M/NC的催化活性和对 eCO₂RR 转化为 CO 的选择性，并揭示了它们对 CO 产物活性的火山型趋势。结果显示，Co/NC-C 在 -0.5 V （vs RHE ）时，表现出最高的本征活性，而 Ni/NC-C 则显示出高活性和选择性。

2）Operando X射线吸收光谱表明，Cu/N−C中的大部分Cu原子在eCO₂RR过程中形成Cu⁰团簇，而Mn/、Fe/、Co/和Ni/N−C催化剂保持金属氢氧化物结构，同时在Fe/、Co/和Ni/N−C中有少量的M⁰形成。此外，Fe/、Co/和Ni/N−C的优异活性归因于相收缩和HCO₃⁻插到入金属氢氧化物的层状结构。

3）在无PGM电解槽中，M/N−C阴极与最先进的NiFe基阳极耦合，结果显示，Ni/N−C在100 mA⁻²时，4 V的槽电压下，对CO的FE值超过了80%。

参考文献

Jingkun Li, et al, Metal Oxide Clusters on Nitrogen-Doped Carbon are Highly Selective for CO₂ Electroreduction to CO, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c01702

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01702