将 CO2 多电子还原为碳氢化合物或醇在可持续能源经济中极具吸引力，而电催化剂的合理设计对于有效实现这些反应至关重要。单原子电催化剂因其良好的配位结构和独特的电子结构而成为很有前途的候选催化剂，这对提高活性和选择性至关重要，并可能加速在原子水平上的活性起源的探索。
有鉴于此，浙江大学孙文平研究员等人，综述了用于 CO2 多电子还原的高效单原子电催化剂的最新进展。
本文要点
1）重点介绍了调节活性位点和关键反应中间体之间相互作用的策略。这种相互作用对于设计活性位点以优化多电子还原步骤和最大化催化性能至关重要。相应地讨论了包括调节金属中心、单原子合金、非金属单原子催化剂和串联催化剂等的不同设计策略，。最后，提出了CO2电还原的当前挑战和未来机遇。
2）总结了四种实现多电子CO2还原的单原子催化剂设计策略——金属中心调控、单原子合金、非金属单原子催化剂以及串联催化。首先，与传统的纳米结构Cu催化剂相比，单原子Cu催化剂可以通过调控其配位环境在CO2还原中表现出较高的选择性和独特的反应路径。其次，除了单原子催化剂中孤立的金属中心外，金属中心周围的相邻原子与CO2深度还原的关键反应中间体也可发生相互作用，从而协同催化反应中间体的偶联制备多碳产物。第三，在单原子合金和非金属单原子催化剂中掺杂的单原子位点主要通过助催化作用参与中间体调控或调节Cu基催化剂的电子结构，以优化反应中间体的吸附行为。第四，串联催化剂的设计大大扩展了单原子催化材料的应用，有利于打破CO2深度还原反应中间体吸附能的线性关系。
3）尽管在单原子电催化剂上对 CO2 的多电子还原做出了很多努力，但仍然有许多问题亟待解决。单原子催化剂在多电子CO2深度还原中应用所面临的关键挑战和未来发展方向，包括：(a)丰富配位化学和协同效应，即拓展单原子中心邻近金属或非金属原子种类；(b)考虑实际反应环境的理论模拟结合先进的原位监测技术用于加强对反应机理的认识；(c)探索非Cu基催化剂和新型催化剂体系，即单原子中心结合非Cu基载体以及纳米催化中的限域效应、应力效应、异质界面等策略。
参考文献：
Bingxing Zhang et al. Single-Atom Electrocatalysts for Multi-Electron Reduction of CO2. Small, 2021.
DOI: 10.1002/smll.202101443
https://doi.org/10.1002/smll.202101443
