电化学CO2还原（CO2RR）制备高附加值液体燃料是碳中性循环，特别是合成气（CO/H2）循环利用的一种极具吸引力的解决方案。目前的策略存在法拉第效率（FE）低、选择性和对产品比例的可控性较差等问题。
近日，南开大学杜亚平教授，香港理工大学黄勃龙教授报道了通过浸渍和退火得到了一系列单原子和双原子催化剂，并得到了AC HAADF-STEM图的证实。
文章要点
1）为了制备双原子催化剂，研究人员在超声波的辅助下，将几块三聚氰胺海绵、一定量的尿素和金属硝酸盐混合在水中。纺丝作用70 min后，海绵被尿素和金属离子饱和。然后，用液氮快速冷冻海绵，冷冻干燥48 h，以完全去除水分。在550 °C的N2气氛下进一步退火，最终得到了孤立的单Zn和La原子锚定的薄碳氮化碳纳米片。
2）通过调节Zn和La的单原子位点用于CO2RR，可以得到不同CO/H2比的合成气。值得注意的是，ZnLa1/CN双原子催化剂在较宽的电位范围（−1.6~1.3V）下用于CO2RR，可生成CO/H2=0.5的合成气，有利于甲醇合成和费托反应。同时，在−1.5 V的电位下， CO的电流密度达到了2.5 mA cm-2，FE（CO）可达25.99%，经过长时间的电化学反应后，FE（CO）几乎保持不变。电化学测试结果表明，Zn和La单原子位点分别倾向于生成CO和H2。
3）研究人员通过DFT计算研究了Zn和La原子锚定引起的电子结构调制。ZnLa-1/CN的富电子特性不仅保证了强的电子转移，而且保证了合成气的高FE。
本工作表明，稀土元素可以与其他过渡金属元素通过电催化CO2RR生成合成气，为稀土元素的高价值利用提供了一种新的解决方案。
参考文献
Zhong Liang, et al, Tunable CO/H2 ratios of electrochemical reduction of CO2 through the Zn-Ln dual atomic catalysts, Sci. Adv. 7, eabl4915 (2021)
DOI: 10.1126/sciadv.abl4915
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl4915
