中国科学院大连化学物理研究所包信和

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二氧化碳电化学还原反应（CO2RR）可同时实现间歇性可再生电力的储存和温室气体CO2的转化利用，利于构建可持续的碳资源循环利用网络。近年来的研究表明，过渡金属-氮-碳复合材料可将CO2电还原生成CO，但随着过电势增加，竞争性的析氢反应(HER)电流急剧增大，造成CO法拉第效率迅速下降，很难获得高的CO分电流密度。因此同时获得高的CO2RR电流密度和法拉第效率是过渡金属-氮-碳复合材料面临的重要挑战，这也是CO2RR未来实际应用在高反应速率和选择性方面的必然需求。

近期，大连化物所包信和院士和汪国雄研究员在Energy &Environmental Science上发表题为“Coordinatively unsaturated nickel-nitrogen sites towards selective and high-rate CO2electroreduction”的文章(第一作者阎程程博士生和李昊博博士)，阐述了配位不饱和的Ni-N活性位在CO2高效电催化还原中的应用。该研究通过热解锌/镍双金属沸石咪唑类骨架材料(ZIF-8), 成功制备出配位不饱和Ni-N位掺杂的多孔碳材料，其中单分散的Ni物种负载量最高可达5.44 wt％。在该Ni-N催化剂上，CO法拉第效率在-0.53V〜-1.03 V (vs. RHE)宽电势区间内维持在92.0%〜98.0%之间，CO电流密度随过电势增加而增加，在-1.03 V (vs. RHE)达到71.5±2.9 mA cm-2。表征结果和对比实验表明配位不饱和的Ni-N为活性位点；密度泛函理论计算进一步揭示在NiN2V2 (V表示空位) 位上CO2RR比HER更容易发生，推测NiN2V2可能是CO2RR的活性位。因此，高载量配位不饱和Ni-N活性位同时实现了CO2RR的高电流密度和法拉第效率。