電化學(xué)CO2還原反應(yīng)(CO2RR)被認(rèn)為是在溫和反應(yīng)條件下將CO2轉(zhuǎn)化為有用和增值化學(xué)品/燃料的有前景的途徑。然而，由于CO2活化和C=O鍵斷裂的高能壘，CO2RR的發(fā)展受到過電位過高、能量轉(zhuǎn)換效率差和競(jìng)爭(zhēng)性析氫反應(yīng)(HER)的阻礙。基于此，南京大學(xué)金鐘課題組提出了一種將非貴金屬(Mn、Fe、Co、Ni和Cu)單原子錨定在具有明確且豐富的金屬-N4卟啉位點(diǎn)的Zr6簇-卟啉骨架空心納米“膠囊”(M-SAs/Zr-CPF)上的有效策略，以實(shí)現(xiàn)高效的電化學(xué)CO2還原。在這些樣品中，Co-SAs/Zr-CPF對(duì)CO2表現(xiàn)出最高的電催化性能。分級(jí)Co-SAs/Zr-CPF的中空形態(tài)和原子分散的Co單原子有助于實(shí)現(xiàn)大的ECSA、快速的質(zhì)量傳輸、快速的電荷遷移率和高密度的活性中心，從而提高催化活性。此外，由于Co-SAs/Zr-CPF較低的反應(yīng)能壘，相比于其他過渡金屬SAs(Mn、Fe、Ni 和 Cu)，Co-SAs在反應(yīng)過程中的*COOH中間體形成步驟以及*CO中間體解吸步驟更有利。因此，Co-SAs/Zr-CPF對(duì)CO2轉(zhuǎn)化為CO表現(xiàn)出最高的催化活性、選擇性和耐久性。當(dāng)用于集成太陽能驅(qū)動(dòng)的CO2RR-OER電解系統(tǒng)，Co-SAs/Zr-CPF顯示出12.5%的理想太陽能-CO能量轉(zhuǎn)換效率，證明了其在太陽能驅(qū)動(dòng)的CO2再利用的應(yīng)用中的巨大潛力。本研究為制備具有可調(diào)電子結(jié)構(gòu)和高電催化性能的單原子催化劑以實(shí)現(xiàn)CO2循環(huán)和碳中和提供了一條有前景的策略。Single-Atom Metal Anchored Zr6-Cluster-Porphyrin Framework Hollow Nanocapsules with Ultrahigh Active-Center Density for Electrocatalytic CO2 Reduction. Nano Letters, 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00547
