单原子催化剂（SAC）因其超高的活性和选择性而引起了人们的广泛关注。然而，如何合理控制SACs的配位环境仍然是一个巨大的挑战。

有鉴于此，中国科学技术大学江海龙教授等人，提出了一种后离子交换策略（PSMS），以在预先设计的由金属有机框架衍生的氮掺杂碳上制备具有不同N配位数(表示为Ni-Nx-C)的单原子镍催化剂。

本文要点

1）提出了一种后离子交换策略，基于Zn基MOF（ZIF-8）衍生的碳材料，通过两步法成功获得了低配位的单原子Ni催化剂，并验证了合成方法的普适性。从ZIF-8前驱体到Zn-N₃-C再到离子交换得到的Ni-N₃-C材料，材料的形貌都可以很好的维持。XPS和XAFS表征证明了Ni-N₃-C中单原子Ni的存在并且确定了Ni-N₃的配位模式。

2）发现配位数较低的Ni-N₃-C材料相较于Ni-N₄-C以及不含Ni的氮掺杂碳材料 (N-C)，表现出了更高的催化活性和CO选择性以及更快的反应动力学。同时，Ni-N₃-C还表现出了良好的催化稳定性。

3）理论计算表明，Ni-N₃-C中单原子Ni较低的配位数可以显著降低COOH*的形成能垒，因而表现出优异的催化性能。

总之，该工作为精确控制SACs的配位环境开辟了一条新的通用途径。

参考文献：

Hai-Long Jiang et al. Rational Fabrication of Low‐Coordinate Single‐Atom Ni Electrocatalysts by MOFs for Highly Selective CO₂ Reduction. Angewandte Chemie International Edition, 2021.

DOI: 10.1002/anie.202016219

https://doi.org/10.1002/anie.202016219