电化学CO₂还原反应是一种制备碳基化学品和能源的可持续方法，电化学CO₂还原反应的挑战在于发展价格合理的高效率电催化剂。

有鉴于此，山东大学胡新明、中南大学刘敏、奥胡斯大学Kim Daasbjerg等报道一种通过氮原子稳定低价态单原子Zn催化剂Zn^δ+-NC，这种催化剂中含有配位饱和的Zn-N₄、配位不饱和Zn-N₃催化活性位点。其中配位不饱和Zn-N₃催化活性位点的Zn表现低价态，作者通过XPS、XAS、ESR等表征方法和DFT 计算模拟，验证了Zn的低价态和催化剂的结构。

本文要点：

（1）

这种Zn^δ+-NC催化剂表现了优异的电化学CO₂还原生成CO性能，在310 mV较低的过电势条件进行电化学还原反应，反应的CO选择性达到~100 %。进一步的，作者在1 A cm^-2较高的电流密度和流动相电化学反应器，反应产物中CO选择性达到>95 %。

（2）

通过DFT计算模拟，验证配位不饱和状态Zn-N₃位点能够显著降低反应能垒，电子浓度较高的Zn位点得以稳定COOH*中间体。本文研究了Zn催化剂的配位环境（配位数目、元素价态）与催化反应活性之间的关系，此外实现了工业化关键的较高电流密度电催化反应。

参考文献

Simin Li, Siqi Zhao, Xiuyuan Lu, Marcel Ceccato, Xin-Ming Hu*, Alberto Roldan, Jacopo Catalano, Min Liu*, Troels Skrydstrup, Kim Daasbjerg*, Low-Valence Zn_δ+ (0<δ<2) Single-Atom Material as Highly Efficient Electrocatalyst for CO₂ Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202107550

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202107550