化石燃料燃燒產(chǎn)生的過量CO2已經(jīng)引起了嚴(yán)重的氣候和環(huán)境問題，因此開發(fā)有效的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)碳中和對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。電化學(xué)CO2還原反應(yīng)(CO2RR)被認(rèn)為是一種可行的策略，可以以較低的成本將CO2轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)品/燃料。在各種CO2RR產(chǎn)品中，CO具有經(jīng)濟(jì)效益高、能耗低、純度高以及無SOx和NOx污染等優(yōu)點(diǎn)，具有大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。
在各種電催化劑中，非貴金屬的M/N/C催化劑(SSCs)具有獨(dú)特的d帶電子分布，可以激活吸附的CO2產(chǎn)生CO，適合于低成本的大規(guī)模合成。然而，M/N/C SSC的FECO>90%的電位窗口相當(dāng)狹窄，CO部分電流密度仍然低于工業(yè)水平。基于此，南京大學(xué)胡征、吳強(qiáng)和楊立軍等采用Ni-ZIF-8包覆中間結(jié)構(gòu)MgCO3·Mg(OH)2模板，然后進(jìn)行熱解制備h-Ni/N/C SSC以用于高效電催化CO2轉(zhuǎn)化為CO。具有多孔層狀結(jié)構(gòu)的h-Ni/N/C提供了豐富的微孔用于形成許多具有高效能的邊緣Ni-N4位點(diǎn)，以及相互連接的大孔/中孔用于CO2輸送和CO釋放。因此，h-Ni/N/C具有優(yōu)良的催化活性，其在-0.6~1.3 V范圍內(nèi)的CO部分電流密度高達(dá)105~462 mA cm?2，并且其具有超寬的FECO電位窗口(>90%@?0.4~1.3 V)，這種優(yōu)異的性能可以滿足工業(yè)級(jí)的要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，h-Ni/N/C復(fù)合材料的優(yōu)異CO2RR性能可歸因于其獨(dú)特的多孔層狀結(jié)構(gòu)?？紤]到H-Ni/N/C中豐富的微孔和邊緣，通過密度泛函理論(DFT)計(jì)算了CO2RR和競(jìng)爭(zhēng)性HER在邊緣和平面Ni-N4位點(diǎn)的自由能變化，證明了Ni-N4位點(diǎn)在不同位置具有不同催化活性。此外，邊緣高活性Ni-N4中心主要位于微孔(<2 nm)處，表明微孔對(duì)CO2轉(zhuǎn)化為CO的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。更重要的是，h-Ni/N/C sSCs的這種合成策略可以很容易地推廣到其他H-M/N/C sSCs(M=Fe，Co，Cu)的制備，這為設(shè)計(jì)多孔分層的M/N/C sSCs用于涉及氣體產(chǎn)物的能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)提供了一種有效的方法。Hierarchical Ni/N/C Single-Site Catalyst Achieving Industrial-Level Current Density and Ultra-Wide Potential Plateau of High CO Faradic Efficiency for CO2 Electroreduction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202214658
