單原子催化劑（SAC）因其超高的活性和選擇性而引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，如何合理控制SACs的配位環(huán)境仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)江海龍教授等人，提出了一種后離子交換策略（PSMS），以在預(yù)先設(shè)計的由金屬有機框架衍生的氮摻雜碳上制備具有不同N配位數(shù)(表示為Ni-Nx-C)的單原子鎳催化劑。
本文要點
要點1. 提出了一種后離子交換策略，基于Zn基MOF（ZIF-8）衍生的碳材料，通過兩步法成功獲得了低配位的單原子Ni催化劑，并驗證了合成方法的普適性。從ZIF-8前驅(qū)體到Zn-N3-C再到離子交換得到的Ni-N3-C材料，材料的形貌都可以很好的維持。XPS和XAFS表征證明了Ni-N3-C中單原子Ni的存在并且確定了Ni-N3的配位模式。
要點2. 發(fā)現(xiàn)配位數(shù)較低的Ni-N3-C材料相較于Ni-N4-C以及不含Ni的氮摻雜碳材料 (N-C)，表現(xiàn)出了更高的催化活性和CO選擇性以及更快的反應(yīng)動力學(xué)。同時，Ni-N3-C還表現(xiàn)出了良好的催化穩(wěn)定性。
要點3. 理論計算表明，Ni-N3-C中單原子Ni較低的配位數(shù)可以顯著降低COOH*的形成能壘，因而表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。
總之，該工作為精確控制SACs的配位環(huán)境開辟了一條新的通用途徑。
Hai-Long Jiang et al. Rational Fabrication of Low‐Coordinate Single‐Atom Ni Electrocatalysts by MOFs for Highly Selective CO2 Reduction. Angewandte Chemie International Edition, 2021.
DOI: 10.1002/anie.202016219
https://doi.org/10.1002/anie.202016219
