本网讯 近日，中南大学物理与电子学院刘敏教授团队与慕尼黑大学合作者共同在国际顶级刊物 Nature Communications上发表了题为“金属—载体共轭衰减策略用于单原子催化剂高效电还原产一氧化碳”（Attenuating metal-substrate conjugation in atomically dispersed nickel catalysts for electroreduction of CO2to CO）的研究论文。我校物理与电子学院王其忧博士为论文第一作者，刘敏教授和慕尼黑大学Emiliano Cortés教授为共同通讯作者。
理论计算探究减弱d-π共轭对单原子Ni的影响
电催化CO2还原反应(CO2RR)是抑制温室效应并同时产生CO用于费托合成的极具吸引力的策略之一。近年来，d族单原子催化剂(SACs)因其原子级分散特性，表现出定义明确的活性位点、稳定的配位环境和最大化的原子利用率，被公认为是生成CO的最具前景的催化剂之一。然而，在单原子催化剂中，金属位点与碳载体之间通过d-π共轭的电子离域效应，严重阻碍着金属活性位点处的CO2活化。
研究发现，通过引入氰基官能团对载体进行功能化，成功地减弱了单原子Ni位点的d-π共轭效应，从而增加金属中心周围的电子密度，并促进CO2活化。在KHCO3电解液的CO2电还原制CO过程中，氰基改性催化剂在−1.178 V vs. RHE电位下的TOF值高达22,000 h-1，且在H型池中CO2浓度仅为30%条件下的FE值高于90%。在具有纯CO2的流动池中，氰基改性催化剂在−0.93 V时可实现−300 mA/cm2的电流密度，且FE值超过90%。该研究利用原位红外等表征剖析单原子电催化的反应路径，并结合理论计算模拟中间体转变过程，该工作对单原子催化剂在电催化转化反应研究具有一定的指导意义。
该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖南省杰出青年基金、湖南省重点研发项目、粉末冶金国家重点实验室以及中南大学高性能计算公共平台的支持。
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