单原子催化剂（SACs）具有原子利用率高的特点，在各种应用领域引起了人们广泛的兴趣。然而，SACs中的单原子位点通常被认为是独立的单一位点，而相邻位点之间的相互作用在很大程度上被忽视了。

基于此，中科大江海龙教授报道了发展了一种锌辅助雾化策略（ZAAS），成功将Fe和Ni单原子掺杂到金属有机骨架（MOF）衍生的氮掺杂碳（Fe₁−Ni₁−N−C）中。

文章要点

1）研究人员通过静电作用将铁掺杂的氧化锌（Fe-ZnO）和镍掺杂的氧化锌（Ni-ZnO）纳米颗粒（NPs）组装到ZIF8分子筛（ZIF=沸石咪唑骨架）上，可以很容易地得到Fe&Ni-ZnO/ZIF8复合材料。在热解过程中，氧化锌可以被还原成锌并蒸发掉，并得到由邻近的Fe−N₄和Ni−N₄位点注入的ZIF-8衍生的氮掺杂碳（Fe₁−Ni₁−N−C）。

2）得益于相邻的Fe和Ni单原子对之间的长程电子相互作用，Fe₁−Ni₁−N−C表现出更好的CO₂电还原性能，在−0.5 V时法拉第效率（FE）达到96.2%，优于仅用Fe或Ni单原子修饰的氮掺杂碳载体的Fe₁−N−C和Ni₁−N−C。

3）理论计算结果表明，Fe₁−Ni₁−N−C中相邻的Ni和Fe原子耦合，有利于CO₂的活化，降低COOH*中间体的生成能垒，优于Fe₁−N−C和Ni₁−N−C，大大提高了Fe₁−Ni₁−N−C的CO₂电还原性能。

这项工作为构建含有多种金属物种的单原子催化剂提供了一种通用策略，并揭示了相邻单原子之间的协同效应对改善催化性能的重要意义。

参考文献

Long Jiao, et al, Non-Bonding Interaction of Neighboring Fe and Ni Single-Atom Pairs on MOF-Derived N‑Doped Carbon for Enhanced CO₂ Electroreduction, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c08050

https://doi.org/10.1021/jacs.1c08050