氮掺杂碳催化剂上原子分散的过渡金属位点因其令人鼓舞的选择性，在电化学CO₂还原反应（CO₂RR）中具有巨大的潜力。但是由于标度关系，内在活性受到*COOH形成或*CO脱附的高能势的局限。

有鉴于此，北京化工大学刘军枫教授、Bingqing Wang、中国科学院上海高等研究院王宇研究员等报道一种p区铝单原子催化剂（Al-NC），具有Al-N₄位点，为形成*COOH和*CO脱附提供了适度的反应动力学阻碍，并且通过原位ATR-FTIR和DFT理论计算模拟进行验证。 

本文要点

（1）

开发Al-NC在-0.65 V vs RHE下的CO法拉第效率（FE_CO）高达98.76 %，在-0.99 V vs RHE下的固有催化转换频率为3.60 s^-1，超过了最先进的Ni-NC和Fe-NC对应物。此外，它还在流动池和膜电解槽（MEA）中分别在93.65 %的FE_CO和>85%的FE_CO提供309 mA·cm^-2的部分电流密度和605 mA的部分CO电流。

（2）

当使用低浓度CO₂（30%）作为原料，该催化剂在MEA中>80%的FE_CO下仍能提供240 mA的部分CO电流。考虑到Al元素的储量高，而且Al-NC催化剂的高本征活性，因此Al是具有前景的过渡金属单原子催化剂替代催化材料。

参考文献

Zhanshuai Ma, Bingqing Wang*, Xiang Yang, Chao Ma, Weibo Wang, Chengjin Chen, Fangkui Liang, Nian Zhang, Hui Zhang, Yongheng Chu, Zhongbin Zhuang, Haijun Xu, Yu Wang*, and Junfeng Liu*, P-Block Aluminum Single-Atom Catalyst for Electrocatalytic CO₂ Reduction with High Intrinsic Activity, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c11326

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11326