原子分散在碳基芳香族载体上的过渡金属是一类新兴的二氧化碳（CO₂）电还原催化剂。然而，通过d-π共轭，金属中心与碳载体的电子离域强烈地阻碍了活性金属中心的CO₂活化。

近日，中南大学Min Liu，慕尼黑大学Emiliano Cortés通过引入氰基（-CN），成功减弱了嵌入在C₃N₄中的原子分散的Ni位点上的d-π共轭。

文章要点

1）密度泛函理论计算表明，由于d-π共轭的减弱，Ni@C₃N₄-CN催化剂具有良好的电催化CO₂还原（CO₂RR）活性。理论预测结果得到了实验验证。Ni@C₃N4-CN在H型电池中表现出显著的CO₂RR性能，TOF为22,000 hour⁻¹，FE_CO超过了90%。值得注意的是，即使在低CO₂浓度下，Ni@C₃N₄-CN仍可实现超过90%的FE_CO。进一步用Ni@C₃N₄-CN组装的液流电池的电流密度达到−300 mA/cm²，FE_CO超过了90%，具有良好的工业化应用前景。

2）程序升温脱附(TPD)和电催化测试也证实了Ni@C₃N₄-CN上较完整的C₃N₄基质具有更好的CO₂活性。此外，原位光谱分析表明，氰基改性的SAC更有利于*COOH中间体的形成，这是加速CO₂RR的关键步骤之一。

参考文献

Wang, Q., Liu, K., Hu, K. et al. Attenuating metal-substrate conjugation in atomically dispersed nickel catalysts for electroreduction of CO₂ to CO. Nat Commun 13, 6082 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33692-0

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33692-0