为满足战略应用的需要，合理设计具有原子分散活性中心的先进电催化剂以促进CO₂电化学还原为增值化学品至关重要。

近日，山东大学张进涛教授报道了展示了一种约束在富氮掺碳纤维中原子分散的镍物种（Ni-CNC），然后通过静电纺丝和随后的热解方法制备具有4个N和2个C原子的双核Ni原子（Ni₂-N₄-C₂）的独特桥联结构。

文章要点

1）镍盐在电纺溶液中的均匀溶解使镍物种在复合纤维中分散均匀，从而避免了金属原子通过与氮原子和碳原子形成配位结构而聚集。通过将裂解温度从900 ℃调整到1100 °C，Ni-CNC纤维中的原子结构由单原子构型（Ni-N₃-C，Ni-CNC-900）规律性地调节为双核Ni桥联结构（Ni₂-N₄-C₂，Ni-CNC-1000）和碳基体上的小Ni团簇（Ni₄-NC，Ni-CNC-1100）。

2）像差校正的大角度环状暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和X射线吸收光谱（XAS）鉴定了Ni原子的几何构型和配位环境。

3）令人兴奋的是，具有理想Ni原子配位结构的优化的Ni₂N₄-C₂在H型电池中表现出最大法拉第效率（FE），在-0.8 V（vs.RHE）时达到96.6%，在-1.0V时的TOF值达到4.6×10³ h^-1，而在流动电池中， -0.5 V下表现出更高的FE（97.8%）。

4）进一步，用Ni₂-N₄-C₂电催化剂组装的Zn-CO₂电化学电池（ZCEC）表现出2.43 mW cm^-2的高峰值功率密度，实现了高效的能量转换。

本工作提供了一种简便的方法来调节双核镍物种在多孔碳基体上的原子桥结构，从而有效地促进CO₂的选择性还原。特别是结合理论计算，揭示了电子态─自由能变化─电催化活性这一基本关系，为先进电催化剂的合理设计提供了基本原则。

参考文献

Xueying Cao, et al, Atomic Bridging Structure of Nickel–Nitrogen-Carbon for Highly Efficient Electrocatalytic Reduction of CO₂, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202113918

https://doi.org/10.1002/anie.202113918