天津理工钟地长Angew：双原子催化剂助力CO2电还原
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双原子催化剂（DACs）具有二元金属位点之间的协同效应，已成为一种高效的CO 2 还原电催化剂。然而，合理调节DACs的电子结构以优化催化性能仍然是一个巨大的挑战。
基于此， 天津理工大学钟地长教授（通讯作者）等人 报道了三种Ni 2 DACs（即Ni 2 -N 7 、Ni 2 -N 5 C 2 和Ni 2 -N 3 C 4 ）的电子结构通过Ni 2 双原子中心周围配位环境的调节而改变。
测试结果表明，Ni 2 -N 3 C 4 表现出显著提高的CO 2 还原电催化活性，不仅优于相应的单原子Ni催化剂（Ni-N 2 C 2 ），而且高于Ni 2 -N 7 和Ni 2 -N 5 C 2 DACs。
DFT计算，了解Ni 2 -N 3 C 4 电催化CO 2 还原为CO的活性。首先，构建了Ni 2 -N 7 、Ni 2 -N 5 C 2 和Ni 2 -N 3 C 4 的结构模型。
电催化CO 2 还原为CO是一个双-电子和双-质子转移过程，包括以下三个步骤：（1）CO 2 (g) + * + e - + H*→ COOH*；（2）COOH* + e - + H* →CO + H 2 O和（3）CO* → CO + *。其中，COOH*形成和CO*解吸的自由能变化（∆G）对CO 2 还原为CO的动力学至关重要。
结果表明，在CO 2 还原为CO的过程中，COOH*的形成是Ni 2 -N x C y 的限速步骤（RDS）。
对于Ni-N 2 C 2 SAC，两个步骤的∆G分别为0.40和0.80 eV，意味着Ni-N 2 C 2 的RDS是CO*解吸。
结果表明，Ni 2 -N 3 C 4 对CO 2 还原为CO的最高电催化活性可归因于其COOH*形成和CO*解吸的最佳和中等∆G值，可能源于与COOH*和CO*中间体的适当结合能。
此外，确定Ni 2 -N 3 C 4 中形成COH*中间体的∆G为2.49 eV，远高于CO*解吸的∆G（0.60 eV），这是Ni 2 -N 3 C 4 将CO 2 还原为CO的高选择性的原因。
Modulating the Electronic Structures of Dual-Atom Catalysts via Coordination Environment Engineering for Boosting CO 2 Electroreduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2022 , DOI: 10.1002/anie.202215187.
https://doi.org/10.1002/anie.202215187.
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