電極材料表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)直接影響電化學(xué)反應(yīng)過程。為了實現(xiàn)更好的催化活性和穩(wěn)定性，調(diào)控中心金屬原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，制備豐富活性中心和優(yōu)異催化性能的電催化劑具有重要的研究意義和實際應(yīng)用價值。
近日，山東大學(xué)的張進濤教授團隊提出設(shè)計原子橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳基催化劑，為優(yōu)化電催化性能提供了新策略。該工作報道了一種具有Ni2-N4-C2原子橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳基催化劑，用于高效電還原CO2制備CO。在H型電解池中，CO的法拉第效率達(dá)到了96.6 %，而在流動池中其法拉第效率高達(dá)97.8 %。
作者通過靜電紡絲纖維的碳化過程調(diào)控策略制備具有原子橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳基催化劑。X-射線光電子能譜，同步輻射X-射線吸收光譜和球差電鏡結(jié)果表明，隨著煅燒溫度的升高，錨定鎳金屬原子的配位氮含量逐漸降低，其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了從單核位點(Ni-N3-C，900 ?C)到雙核橋聯(lián)結(jié)構(gòu)(Ni2-N4-C2, 1000 ?C)再到鎳金屬團簇(Ni4-N-C, 1100 ?C)的演變。 同時，原位紅外光譜分析與DFT理論模擬計算表明，Ni2-N4-C2原子橋聯(lián)結(jié)構(gòu)可以促進CO2的協(xié)同活化，進而形成有利的CO雙位點橋式吸附。分波態(tài)密度和差分電荷密度計算表明，Ni2-N4-C2橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的d帶中心更靠近費米能級，有助于提高活性位點對CO2吸附；未占據(jù)軌道的存在可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)吸附中間體的軌道雜化，使橋聯(lián)結(jié)構(gòu)催化劑具有較低的CO2活化能和CO脫附能，實現(xiàn)了高效的二氧化碳電催化轉(zhuǎn)化。該工作為構(gòu)建具有原子橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳基催化劑，優(yōu)化電催化二氧化碳還原性能提供了一種新策略。 論文信息： Atomic Bridging Structure of Nickel–Nitrogen–Carbon for Highly Efficient Electrocatalytic Reduction of CO2 Xueying Cao, Prof. Lanling Zhao, Bari Wulan, Dr. Dongxing Tan, Qianwu Chen, Jizhen Ma, Prof.?Dr. Jintao Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202113918
