电催化CO₂还原（CO₂RR）制增值化学品对CO₂的利用具有重要意义。然而，由于缓慢的水解离动力学导致的质子供给速率较慢，涉及多电子和质子转移的CO₂RR过程受到了选择性差和产率低的极大限制。

近日，浙江大学侯阳研究员报道了开发了一种原子分散的单价Zn位点锚定在氮化碳纳米片（Zn/NC NSs）上，作为CO₂RR的高效催化剂。

文章要点

1）得益于独特的配位环境和原子分散性，优化后的Zn/NC NSs表现出优异的CO₂RR性能，具有高达50 mA cm^-2的高电流密度和95%的CO法拉第效率。

2）通过结构表征，研究人员确定了中心Zn(I)原子与3个N原子配位，其中1个N原子连接在相邻的两个石墨边缘上为催化活性中心（Zn-N₃₊₁）。

3）原位衰减全反射红外吸收光谱结果表明，在合理设计的质子供给中心上，扭曲的Zn-N₃₊₁结构加速了*CO₂到*COOH的速率决定步骤中的CO₂活化和质子化。而理论计算表明，Zn-N₃₊₁的原子分散降低了中间COOH*形成的势垒，促进了质子耦合CO₂RR动力学，提高了整体催化性能。

4）基于Zn/NC NS阴极的可充电Zn-CO₂电池的最大功率密度为1.8 mW cm^-2。

这项工作报道的质子供给策略为探索高效的单价单原子催化剂开辟了新的途径，其不仅可用于CO₂RR，而且还可用于氮还原（NRR）、氧还原（ORR）和许多其他还原反应。

参考文献

Jiayi Chen, et al, Promoting CO₂ Electroreduction Kinetics on  Atomically Dispersed Monovalent Zn(I) Sites by Rationally  Engineering Proton-feeding Centers, Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202111683

https://doi.org/10.1002/anie.202111683