南开杜亚平/港理工黄勃龙Sci. Adv.：Zn-Ln双原子催化剂调控CO/H2比值助力电化学还原CO2

电化学CO₂还原（CO₂RR）制备高附加值液体燃料是一种极具吸引力的碳中性回收方法，尤其是对合成气（CO/H₂）的回收。然而，目前的策略存在法拉第效率（FE）、选择性和对产品比例的可控性较差的问题。

基于此，南开大学杜亚平教授和香港理工大学黄勃龙教授（共同通讯作者）等人报道了通过浸渍和退火在氮化碳（CN）纳米片上合成了一系列单原子和双原子催化剂，并利用像差校正高角环形暗场扫描透射电子显微镜法（AC HAADF-STEM）图进行了证实。

在本文中，作者通过调节锌（Zn）和镧（La）单原子位点的数量用于CO₂RR，可以得到具有不同CO和H₂比例的合成气。值得需注意的是，ZnLa-1/CN双原子催化剂在较宽的电位范围内（-1.6~1.3 V）下用于CO₂RR，可以生成CO/H₂比值为0.5的合成气，有利于合成甲醇和费托反应。

在eCRR过程中，合成气是主要产品，CO和H₂的总FE接近80%。对于CO/H₂比值为1：2时，ZnLa-1/CN催化剂可以达到2.5 mA/cm²的电流密度，在0.1 M KHCO₃中的CO FE为25.99%，高于许多报道。并且在经过长时间的电化学反应后，FE（CO）几乎保持不变。

通过电化学测试结果表明，Zn和La单原子位点分别倾向于生成CO和H₂。此外，作者通过密度泛函理论（DFT）计算研究了Zn和La原子锚定引起的电子结构调制，揭示了不同Zn: La比值是调节最终合成气CO/H₂比值的关键因素，其中Zn位点主要促进CO₂的吸附，La位点促进H₂的形成。

ZnLa-1/CN的富电子特性不仅保证了强的电子转移，而且保证了合成气的高FE。该工作为实现低成本、高效率的合成合成气电催化剂的广泛工业应用提供了一种很有前途的设计策略。

Tunable CO/H₂ ratios of electrochemical reduction of CO₂ through the Zn-Ln dual atomic catalysts. Sci. Adv., 2021, DOI: 10.1126/sciadv.abl4915.

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abl4915.

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