温和条件下的电催化CO₂还原反应（CO₂RR）不仅是将CO₂转化为增值化学品和燃料的有效途径，而且有助于解决化石燃料过度消耗造成的全球变暖问题。然而，由于CO₂分子的化学惰性，CO₂RR经历了竞争性的析氢反应和缓慢的动力学过程，从而降低了产物的选择性和转化效率。因此迫切需要高效的电催化剂以实现低过电位、高选择性和大电流密度的CO₂RR。

近日，北京科技大学姜建壮教授，王康副教授，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈亮研究员报道了通过一种逐步填孔合成方法，将原子分散的Ni-N₄位点锚定在介孔碳上，制备了一种用于电催化CO₂RR的活性催化剂A-Ni@CMK。

文章要点

1）Ni²⁺和邻苯二甲腈通过初湿浸渍的方法均匀分散在CMK-3表面。随后，在N₂气氛中，将混合物在250 °C热处理1 h，然后在800 ℃热处理2 h，然后进行酸浸以去除Ni纳米颗粒，得到A-Ni@CMK。

2）实验结果显示，在较宽的电化学电位范围内（−0.5−0.9 V vs RHE）的CO产物法拉第效率（FE_CO）超过80%，在−0.6 V和−0.8 V处的CO部分电流密度分别为24和51 mA cm⁻²。值得注意的是，A-Ni@CMK催化剂的J_CO在0.8 V时可进一步达到366 mA cm⁻²的工业水平，FE_CO 超过95%，超过了目前报道的所有Ni-N-C催化剂的J_CO，是性能最佳的CO₂RR电催化剂之一。

3）密度泛函理论（DFT）计算结果表明，Ni-N₄位点对CO₂RR的高本征活性导致了较高的选择性。此外，介孔通道有利于反应物CO₂和气相产物CO的传质，提高了反应动力学，从而提高了所制备的A-Ni@CMK催化剂的CO₂转化为CO的整体性能。

参考文献

Baotong Chen, et al, Enhancement of Mass Transfer for Facilitating Industrial-Level CO₂ Electroreduction on Atomic Ni-N₄ Sites, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202102152

https://doi.org/10.1002/aenm.202102152