含金属和氮掺杂的碳催化剂在二氧化碳电化学还原反应（CO₂RR）方面有着重要的应用前景。然而，这些碳催化剂的制造通常需要能量密集型的合成过程。传统上，二维石墨烯和一维碳纳米管（CNTs）是应用最广泛的碳载体，但石墨烯容易聚集，CNTs表面活性中心密度低。

近日，美国德州农工大学Ying Li报道了利用一步化学气相沉积（CVD），成功制备了一种用于CO₂RR的具有镍（Ni）和氮(N)共掺杂活性中心的三维（3D）杂化碳纳米片/纳米管催化剂。

文章要点

1）这种3D杂化碳纳米片/纳米管上既含有Ni单原子位点，也有Ni纳米颗粒，但在CVD过程中，Ni纳米颗粒被石墨碳层包裹，抑制了竞争析氢反应，从而获得了较高的CO选择性。

2）在H电解装置中，CVD 20 min制备的催化剂在−0.74 V时的CO法拉第效率稳定在91%，部分电流密度为28.9 mA/cm²。此外，该催化剂在无iR补偿时， −2.0 V（vs. 可逆氢电极）下，获得了600 mA/cm²的工业上可行的电流密度，CO选择性在85%以上。这些结果在用于CO₂RR的碳基催化剂中，获得电流密度和CO选择性方面都是文献中所报道的最好结果之一。

3）所开发的催化剂是在中温下合成，不需要任何酸/氧化剂预处理或后洗。而，高效、环保的合成和高性能的催化剂是未来CO2RR大规模应用的关键。

参考文献

Yang Gang, et al, One-Step Chemical Vapor Deposition Synthesis of Hierarchical Ni and N Co-Doped Carbon Nanosheet/Nanotube Hybrids for Efficient Electrochemical CO₂ Reduction at Commercially Viable Current Densities, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c01864

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01864