石墨烯中原子级分散Fe-N₄催化位点为电催化CO₂还原为CO提供了广大机会，但是CO*中间体物种在Fe-N₄位点上具有较强的吸附，导致降低了电流密度，并抑制了CO脱附。有鉴于此，德州农工大学Ying Li，匹兹堡大学Guofeng Wang等报道了通过石墨烯构建多孔边缘，实现了对单原子Fe-N₄位点上电子结构调控，并改善了该位点的CO合成催化性能。

本文要点：

（1）

作者展示了在石墨烯基面上构建的Fe-N₄位点同时构建多孔结构，成功的改善了催化性能，CO的法拉第效率达到94 %，TOF在0.58 V vs. RHE中达到1630 h^-1（对比未修饰位点的催化性能中法拉第效率为81 %，TOF为504 h^-1）。

（2）

通过计算化学对催化性能改善进行分析，作者发现Fe催化位点结构d带中心发生降低（块体、Fe-N₄-pore、Fe-N₄-edge中的d带中心分别为-0.92 V，-1.29 V，-1.52 V），在*CO吸附在边缘位点Fe-N₄时有更低的Fe-C键强度，同时CO脱附速率和生成速率都得以提高。以上结果展示了对催化剂位点局域结构的调控能有效的改善单催化反应中心的催化活性。

（3）

在石墨烯中构建多孔结构，Fe-N₄催化位点中心的d带中心降低，并远离E_f。因此，孔边缘位点的*CO吸附能降低，能够进行快速脱附、促进催化位点重新形成。

参考文献

Fuping Pan, Boyang Li, Erik Sarnello, Yuhuan Fei, Xuhui Feng, Yang Gang, Xianmei Xiang, Lingzhe Fang, Tao Li, Yun Hang Hu, Guofeng Wang*, and Ying Li*

Pore-Edge Tailoring of Single Atomic Iron−Nitrogen Sites on Graphene for Enhanced CO2 Reduction, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02499

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02499