化石燃料的大量消耗导致CO₂排放量不断增加，从而带来了诸多气候问题。电催化CO₂还原（CO₂RR）制备合成气（合成气，CO和H₂）被认为是实现CO₂排放净减少的一种有前途的方法。然而，平衡CO₂RR活性和CO/H₂比具有挑战性。近日，中科大Li Song，哥伦比亚大学Jingguang G. Chen，佛罗里达农工大学Shyam Kattel等多团队合作，制备了3d过渡金属单原子嵌入在N掺杂碳上的催化剂（表示为TM-NC，TM=Co和/或Ni）用于CO₂RR。作者通过XRD，XAFS和高分辨电子显微镜分析证实了单个TM原子可以有效地锚定在N掺杂的碳载体中。在这种单原子构型中，Ni-NC具有良好的生成CO的活性（例如，在1.0 V时（V_RHE）> 56 mA cm^-2），而Co-NC则具有良好的HER活性（例如，在-1.0 V_RHE时> 58 mA cm^-2）。受此观察启发，作者提出了不同Co/Ni比的单原子催化剂。实验发现，CoNi-NC催化剂电催化CO₂还原显示出较高的合成气收率（在-1.0 V_RHE时，总电流密度>74 mA cm^-2），并且具有可调的CO/H₂比（0.23〜3.26），适用于后续的热催化反应。作者进一步通过DFT计算提供了Co和Ni单原子构型上关于H₂和CO析出的关键中间体的见解。该工作为非贵金属过渡金属如何以可调节的CO/H₂比保持高CO₂RR活性提供了有用的案例。

Qun He, Daobin Liu, Ji Hoon Lee, Shyam Kattel,* Li Song,* Jingguang G. Chen*, et al.Electrochemical Conversion of CO₂ to Syngas with Controllable CO/H₂ Ratios over Co and Ni Single‐Atom Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201912719

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912719