接近100%CO选择性以及出色的稳定性的电催化还原CO2催化剂

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电催化CO2还原是CO2转换是一个重要的过程，能够在温和的反应条件下将CO2一步转化为CO、HCOOH、碳氢化合物和醇类等高附加值燃料及化学品，同时实现二氧化碳的高效转化。但是，该过程存在竞争的析氢反应，同时高的过电位降低了产物的选择性以及转换效率。研究表明一系列的电催化剂包括金属、合金以及分子化合物等被用来提高电催化CO2还原活性。在这些材料中，由于金属卟啉和酞菁类具有清晰的分子结构以及原子结构的可调节性，被认为是探索催化机制以及优化催化活性的理想模型。近年来，氮掺杂碳材料锚定金属单原子催化剂受到了广大科研人员的关注与研究，并且其特殊的电子结构和最大的原子化利用使它们能够作为高效的CO2还原催化剂。尽管研究人员进行了广泛的研究，设计高效催化剂来降低过电势和提高反应选择性以及探索催化活性中心仍然是电催化CO2还原研究中极具挑战性的热点课题。

近日，来自清华大学的陈晨教授团队在J. Am. Chem. Soc.发文，题为：“Design of Single-Atom Co-N5 Catalytic Site: A Robust Electrocatalyst for CO2 Reduction with Nearly 100% CO Selectivity and Remarkable Stability”。研究人员采用了一种氮配位策略来设计在聚合物衍生的空心氮掺杂多孔碳球上具有原子级分散的Co-N5位点的高效的CO2还原电催化剂。该催化剂在电催化CO2还原反应中表现出高的活性和选择性，其CO法拉第效率（FECO）在-0.57V到-0.88V这个宽电位范围内均大于90%，并且在-0.73V和-0.79V下FECO大于99%。稳定性测试结果表明，经过10小时，CO的电流密度以及FECO几乎没有衰减，证明该催化剂非常稳定。实验和DFT计算证明单原子Co-N5位点是催化活性中心，同时也是中间产物COOH*快速生成以及CO脱附的关键。