电化学二氧化碳还原反应(CO2RR)制取CO引起了广泛关注,因为CO被认为是最接近商业化的产品,可用于合成更复杂的碳基燃料或有吸引力的原料。单原子催化剂(SACs)具有最高的原子效率和对许多反应的高选择性而成为一类很有前途的催化剂。近日,中科院化学研究所韩布兴院士和Chunjun Chen、化学与精细化工广东省实验室Shoujie Liu(共同通讯作者)等人报道了在第一性原理计算的指导下,发现Cd SACs具有优异的CO2活化性能,引入轴向配位结构不仅进一步降低了CO2还原的自由能垒,而且抑制了析氢反应(HER)。作者通过密度泛函理论(DFT)计算和电化学分析证明了金属原子和轴向配位结构对CO2RR效率的影响。在DFT计算的指导下,作者设计并合成了CdN4S1/CN纳米碳片结构,其具有优异的CO2RR性能。通过测试结果表明,该催化剂具有优异的CO2电化学还原性能,在H型电解槽中,当电流密度为182.2 mA cm-2时,CO的法拉第效率(FE)可达99.7%,转换频率(TOF)值可达73000 h-1,比目前文献报道的要高得多。这是一个以理论计算为指导设计高效催化剂的成功实例。Boosting CO2 Electroreduction over cadmium single atom catalyst via tuning axial coordination structure. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202105263.https://doi.org/10.1002/anie.202105263.