西安交通大學(xué)化工學(xué)院胡超課題組通過調(diào)控氮摻雜碳納米管上Zn活性物種的形態(tài)，證實(shí)單原子分散的Zn活性位點(diǎn)（Zn-Nx）比Zn納米顆粒更有利于提升電催化還原CO2合成CO的選擇性，這為設(shè)計(jì)和制備用于電催化的碳基金屬單原子催化劑提供了新的啟示。
在過去幾十年中，化石燃料作為最重要的能源，其大規(guī)模使用造成了過量CO2被排放到大氣中，因此造成了一系列的環(huán)境問題。利用可再生能源（太陽能、風(fēng)能、潮汐能等）的電化學(xué)CO2還原反應(yīng)（CO2RR）可以高效、綠色地解決CO2轉(zhuǎn)化問題，并生產(chǎn)出高附加值產(chǎn)品。具有完全暴露、高選擇性和均勻分散活性位點(diǎn)等特性的單原子催化劑在解決二氧化碳再循環(huán)的這些挑戰(zhàn)方面具有巨大潛力。單原子分散的金屬和氮摻雜的碳材料（M-N-C，M=Fe、Co、Ni等）作為電催化劑已被廣泛研究，證明它們可以有效地抑制析氫反應(yīng)，并提高CO2RR的法拉第效率。然而，關(guān)于Zn-N-C催化劑用于CO2RR的報(bào)道仍然很少。此外，Zn基催化劑用于CO2RR的真正活性點(diǎn)仍有爭議，結(jié)構(gòu)-選擇性關(guān)系也需要進(jìn)一步闡述。 基于此，西安交通大學(xué)化工學(xué)院胡超課題組研究了Zn基催化劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)CO2RR催化性能的影響。為此，他們合成并表征了一系列碳納米管支撐的Zn基催化劑。在合成過程中，通過改變鋅前驅(qū)體（即醋酸鋅）的添加量來實(shí)現(xiàn)Zn含量的可調(diào)控性。一系列的對(duì)照試驗(yàn)揭示了鋅基催化劑的結(jié)構(gòu)和CO2RR的選擇性之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)錨定在碳納米管表面的Zn-Nx位點(diǎn)是選擇性地將二氧化碳電轉(zhuǎn)化為CO的重要活性位點(diǎn)，而Zn納米顆粒對(duì)CO的選擇性不如Zn-Nx位點(diǎn)。通過調(diào)控Zn-Nx位點(diǎn)在碳納米管表面的分散密度，可將電催化CO2RR合成CO的法拉第效率提升至97.3%，這比以前報(bào)道的Zn基催化劑高很多。這項(xiàng)工作證實(shí)了單原子Zn催化劑在電催化CO2RR中的有效性，并揭示了Zn金屬元素存在的形式對(duì)CO2RR選擇性的關(guān)鍵作用，為設(shè)計(jì)和制備用于電催化CO2RR的單原子催化劑提供了新的啟示。 論文信息 Zn-Nx doping in carbon nanotubes boosts selective CO2 electroreduction to CO Lijun Gao, Silin Bai, Yating Zhang, Chao Hu ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202200383
