电催化CO₂还原制备高价值化学品是实现CO₂利用的重要方法，由于水解离反应的动力学缓慢导致提供质子的能力较弱，CO₂电化学还原反应包括多个电子和质子转移，因此电催化CO₂还原反应的选择性和产率都难以让人满意。

有鉴于此，浙江大学侯阳等报道发展了原子级分散的+1价Zn修饰的掺氮碳纳米片，表现了较好的电催化CO₂还原反应活性，由于这种Zn/NC纳米片催化剂具有很好的催化位点配位环境和原子分散度，催化剂的展示了优异的电催化活性，电流密度高达50 mA cm^-2，电催化反应的CO法拉第效率达到95 %。

本文要点：

（1）

该催化剂中，Zn(I)原子与四个N原子配位，其中三个N原子和1个N原子分别位于石墨的相邻边缘位点，形成了扭曲状态的Zn-N₃₊₁结构催化活性位点。

这种单原子Zn-N₃₊₁催化剂通过molten盐固相合成法进行合成，将ZnO、2-甲基咪唑、NaCl混合，在220 ℃进行固相合成得到NaCl混合的ZIF-8前驱分子，随后在N₂气氛中900 ℃煅烧得到目标单原子Zn-N₃₊₁/NC催化剂。

（2）

通过原位ATR-FTIR表征，验证了这种相互分离的Zn-N₃₊₁结构催化位点起到改善水分解反应动力学的作用，能够提供丰富的质子驱动CO₂电化学还原反应的决速步骤生成COOH*过程。理论计算结果发现，这种扭曲结构的Zn-N₃₊₁催化位点显著改善反应动力学，因此降低了生成COOH*中间体的反应能垒。作者以Zn/NC催化剂作为阴极，构建了Zn-CO₂可充电电池，最高功率密度达到1.8 mW cm^-2。

参考文献

Jiayi Chen, Zhongjian Li, Xinyue Wang, Xiahan Sang, Sixing Zheng, Shoujie Liu, Bin Yang, Qinghua Zhang, Lecheng Lei, Liming Dai, Yang Hou*, Promoting CO₂ Electroreduction Kinetics on Atomically Dispersed Monovalent Zn(I) Sites by Rationally Engineering Proton-feeding Centers, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202111683

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202111683