双原子催化剂在催化CO₂电化学转化方面有优于成熟的单原子催化剂的潜力。然而，对增强催化过程的机理缺乏了解阻碍了高性能催化剂的合理设计。近日，浙江大学Yingying Lu，Zhongjian Li，北京航天航空大学Ruifeng Zhang等在N掺杂碳上配位的原子分散的Ni-Zn双金属位点中观察到明显的协同效应，以实现增强的CO₂电还原性能。

本文要点：

1）理论和实验方法结合研究发现，异核配位会使双原子对金属位点中金属原子d电子态发生特定改变。因此，Ni-Zn双金属位点表现出较低的自由能垒(ΔG)，Ni(3d)轨道的d带中心(ε_d)与费米能级(EF)之间的间隙较小，并促进了中间体吸附。

2）在微界面上，中间体和催化剂之间产生了强烈的电子相互作用。此外，在动力学上，CO₂在NiZnN₆上的加氢反应需要的Ea比Ni–N₄–C和Zn–N₄–C上更低，对应于所有主要反应中的限速步骤（RDS）。而对称的C-O键需要较低的Ea才能断裂。

3）实验表明，该催化剂在从-0.5到-1.0 V（相对于RHE）的宽电位窗口中获得了>90%的高CO法拉第效率(FE)，在-0.8 V时达到了99%的最大FE。

该工作报道的对双原子结构协同作用的机理理解以增强CO₂还原性能的研究为为它催化过程中其它类型双原子催化剂的提供了借鉴，扩展了原子分散催化剂的设计和应用。

Youzhi Li, et al. Synergistic Effect of Atomically Dispersed Ni–Zn Pair Sites for Enhanced CO₂ Electroreduction. Adv. Mater., 2021

DOI: 10.1002/adma.202102212

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102212