尽管人们已经设计出了各种单原子催化剂（SACs），但原子化设计它们的配位环境仍然是一个巨大的挑战。

近日，南洋理工大学Peng Chen，电子科技大学Fan Dong，新加坡科技研究局Lili Zhang采用模板法可控地合成了锚定在含氮多孔石墨碳上的Ni−N₄−O SACs（NiSA-N-PGC）。

文章要点

1）在高温热解过程中，Mg(OH)₂模板剂分解为MgO和水蒸气，前者作为石墨碳沉积的载体，后者以轴向Ni−O配位的形式氧化Ni原子。在高活性氨气存在下，N原子，而不是水蒸气中的O原子被掺杂到碳晶格中，形成Ni-N₄结构。

2）实验结果显示，具有丰富Ni−N₄−O催化剂位点的NISA-N-PGC对CO₂RR表现出优异的催化性能，CO的法拉第效率（FE_CO）约为97.2%，具有宽操作电位窗口宽，在−0.76 V时的周转频率（TOF）为9097 h^-1，同时具有良好的稳定性。

3）综合的实验和理论研究从机理上揭示了轴向Ni−O配位对提高催化剂活性和选择性的关键作用。即Ni−O的轴向配位在催化中心引入了不对称性，导致限速步骤的吉布斯自由能降低，与*COOH的结合增强，与*CO的缔合较弱。

这项工作成功实现了高比表面积多孔石墨炭负载Ni单原子催化剂(SACS)的原子级配位环境工程，该方法可用于合成一系列用于各种催化应用的SACs（Metal−N₄−O）。

参考文献

Ming Huang, et al, Template-Sacrificing Synthesis of Well-Defined Asymmetrically Coordinated Single-Atom Catalysts for Highly Efficient CO₂ Electrocatalytic Reduction, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c07746

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07746