开发具有高活性和选择性的电化学CO₂RR催化剂可以提供可再生能源，并改善环境。然而，目前大多数电催化剂具有较大的能垒，从而显著降低了其活性和选择性。

近日，北京化工大学张利鹏副教授，北得克萨斯州大学Zhenhai Xia报道了一类嵌入在共价有机骨架（COF）的3d过渡双金属活性位的双金属原子电催化剂（BAC），其在将CO₂还原为CO方面比贵金属和单原子电催化剂更有效。

文章要点

1）研究人员构建了一系列在“M₁/M₂-N₆”催化单元（M₁和M₂=Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu和Zn）中心具有两个三维过渡金属原子的BAC基COF(BAC-COF)结构，以研究它们的CO₂RR催化活性。同时使用DFT方法计算了CO₂RR反应途径，自由能，超电势及其他相关特性。

2）研究人员提出了一种新的内在描述符（Φ），以建立将双金属活性中心与催化活性相关联的火山型关系，由此可以预测催化剂的最佳催化性能。研究发现，Fe/Cu-和Ni / Zn-BAC-COFs可能是优异的BAC-COF电催化剂，其低电势（〜0.25 V）同时抑制了HER副反应。

3）大多数BAC-COF具有比Au和Ag贵金属电催化剂更高的催化活性，并且也超过了SAC（例如Fe-SAC，Co-SAC）。该预测与实验结果一致，即锚定在石墨烯上的Fe/Ni-BAC与相应的Fe-SAC和Ni-SAC相比，具有较低的起始电位和较高的法拉第效率。双金属催化位点可以打破结垢关系的限制，从而显著提高催化活性。

构建具有双金属催化位点的电催化剂有望为用于能量转化的高性能电催化剂设计提供新的途径。

Lele Gong, et al, Enhancing Both Selectivity and Activity of CO₂ Conversion by Breaking Scaling Relations with Bimetallic Active Sites Anchored in Covalent Organic Frameworks, Journal of Catalysis (2020) DOI: 10.1016/j.jcat.2020.07.021

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.07.021