电化学CO₂转化为CO为解决温室效应问题提供了一条很有前途的途径。然而，由于对真实活性中心的了解有限，开发低成本的电催化剂以实现高效CO₂还原仍然是一个巨大的挑战。

近日，华东理工大学杨化桂教授，Hai Yang Yuan，Peng Fei Liu开发了一种低成本、高效的Zn₂P₂O₇预催化剂，它可以在低过电位下生成非化学计量比的、具有稳定的低价Zn^δ+中心的锌氧化物，从而在低过电位下用于电催化CO₂还原为CO具有高电流密度。

文章要点

1）这种合成的催化剂可以在-300 mA cm^-2下CO₂还原为CO，FE_CO为98.9%，并在流动电池中在870 mV的低电位下实现高达-441 mA cm-2的高j_CO，在所开发的CO₂到CO的电催化剂中具有最佳性能。通过进一步与零间隙阴离子膜电极组件(MEA)相结合，该催化剂在-100 mA cm^-2时实现了58.0%的全电池能量效率(EE)。

2）Operando实验表征表明，在电还原过程中，由Zn₂P₂O₇形成的稳定的ZnO_x结构导致了高效的CO₂到CO的转化性能。此外，利用通用结构预测进化X光电子能谱，研究人员成功地在原子水平上预测了稳定的氧化锌结构的真实活性中心，进一步的密度泛函理论（DFT）计算结合原位表面增强红外吸收光谱证实了氧化锌表面的类金属Zn^δ+活性中心有利于CO₂的活化和CO生成的关键中间体甲酸的形成。

这些结果揭示了类金属Zn^δ+是用于电催化CO₂还原为CO转化的高活性中心。此外，这项工作不仅可以为设计低成本的电催化剂提供一种有效策略，而且可以为理解锌基电催化剂用于高效电还原CO₂为CO的活性来源提供新的认识。

参考文献

Xin Yu Zhang, et al, Operando Metalloid Zn^δ+ Active Sites for Highly Efficient Carbon Dioxide Reduction Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202202298

https://doi.org/10.1002/anie.202202298