近年来，电化学二氧化碳（CO₂）还原（CO₂RR）制增值化学品和燃料引起了人们的极大兴趣，但其通常存在高过电位和低选择性的问题。

近日，清华大学王定胜，中国石油大学(华东) Jun Zhang，荷兰瓦格宁根大学Guanna Li报道了N掺杂碳负载的Fe单原子催化剂（Fe-SAC/NPC）中主要以P-C键的形式引入单P原子，用水溶液中的电催化CO₂RR。

文章要点

1）研究人员采用分步法制备了Fe-SAC/NPC：i）以分子筛咪唑骨架-8（ZIF-8，Zn(MIM)₂，MIM=2-甲基咪唑）为主体，以适当的空腔（11.6 Å）和小孔（3.4 Å）包裹磷源（三苯基膦，PPh₃，分子直径约8.9 Å），形成PPh₃@ZIF-8；ii）采用湿化学法在PPh₃@ZIF-8表面包覆一层SiO₂，形成PPh₃@ZIF-8@SiO₂；iii）将PPh₃@ZIF-8@SiO₂在氮气中热解，然后在氢氟酸中去除SiO₂壳层，成功地将单个P原子引入到掺氮碳基体（NPC）中；iv）最后通过静电吸附将Fe(II)-邻菲咯啉配合物引入NPC载体，并进行第二次热解处理，得到Fe-SAC/NPC。

2）实验结果显示，在320 mV的低过电位下，该催化剂的CO法拉第效率为97%，塔菲尔斜率仅为59 mV dec^-1，可与目前最先进的Au催化剂相媲美。

3）实验分析结合密度泛函理论计算表明，高配位壳层（n≥3）中的P单原子，特别是Fe中心的第三配位壳层增强了Fe的电子局域化，提高了关键的*COOH中间体在Fe表面的稳定性，从而在低过电位下表现出优异的电催化CO₂RR性能。

参考文献

Xiaohui Sun, et al, Phosphorus Induced Electron Localization of Single Iron Sites for Boosted CO₂ Electroreduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202110433

https://doi.org/10.1002/anie.202110433