将CO₂电催化还原为高能燃料和高附加值化学品是实现碳中和储存可持续和可再生电能的有效方法。然而，由于CO₂分子的活化和质子化反应动力学缓慢以及水电解质中的竞争性析氢反应(HER)的存在，电催化CO₂还原反应(CO₂RR)的实际应用仍然具有挑战性。因此，迫切需要具有优异催化活性和选择性的CO₂RR高效电{attr}3107{/attr}。

近日，南洋理工大学陈鹏、新加坡科技研究局(A*STAR)Lili Zhang和电子科技大学董帆等开发了一种模板牺牲策略来可控地合成锚定在氮掺杂多孔石墨碳上的Ni-N₄-O SAC(NiSA-N-PGC)。

在高温热解过程中，Mg(OH)₂模板分解为MgO和水蒸气，前者作为石墨碳沉积的载体，后者以轴向Ni-O配位的形式氧化Ni原子。在高反应性氨气存在的情况下，N原子和O原子掺杂到碳晶格中以形成Ni-N₄结构。

NiSA-N-PGC具有丰富的Ni-N₄-O催化位点，对CO₂RR表现出优异的性能，CO的法拉第效率(FE_CO)约为97.2%、在宽电位窗口(-0.56 V_RHE至-1.06 V_RHE)内FE_CO>90%、-0.76 V时9097 h^-1的转换频率(TOF)和高稳定性。

实验结果和理论计算表明，由于O原子的高电负性，轴向Ni-O极大地增强了Ni中心的电子离域，并且诱导的电荷不对称分布；由于NiSA-N-PGC催化剂*COOH形成的低能垒、与*COOH的强结合、与*CO的弱结合、不受阻碍的物质传递、高比表面积，以及相互连接的导电网络，导致其高催化活性、选择性和稳定性。这项研究为设计CO₂RR电催化剂及研究其催化机理提供了指导。

Template-Sacrificing Synthesis of Well-Defined Asymmetrically Coordinated Single-Atom Catalysts for Highly Efficient CO₂ Electrocatalytic Reduction. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c07746