解庆林/郭彦炳/叶代启Angew：Ni-Fe双原子催化剂用于高效聚光太阳能驱动光热CO2还原反应

弱太阳辐射下的太阳能到化学能的转换一般难以满足二氧化碳（CO₂）减排的热量需求。基于此，桂林理工大学解庆林教授，华中师范大学郭彦炳教授，华南理工大学叶代启教授（共同通讯作者）等人报道了一种新型聚光太阳能驱动光热系统，将双金属单原子催化剂（DSAC）与相邻的Ni-N₄和Fe-N₄结合，用于模拟太阳光照射下甚至环境阳光下H₂O促进气固CO₂还原。

实验和表征结果表明，(Ni, Fe)N-C DSAC中相邻的Ni-N₄和Fe-N₄配位结构的协同作用具有显著的CO₂还原活性，在模拟太阳辐射（49.0 mW cm^-2）条件下，具有较高的CO（86.16 µmol g^-1 h^-1）、CH₄（135.35 µmol g^-1 h^-1）和CH₃OH（59.81 µmol g^-1 h^-1）生成率，并产生一定量的H₂、O₂、乙醛和乙醇。

DFT计算表明，Ni原子的引入通过Ni-N-N-Fe构型的杂化效应调节了Fe原子的电子结构，提高了Fe的费米能级，优化了Fe的d带中心。同时，原位DRIFTS和DFT计算表明，(Ni, Fe)N-C DSAC上CO₂光热还原为CO的反应机理可同时遵循COOH和HCO₃两条可能的路径。

通过N-桥接的Ni-N-N-Fe构型，Ni和Fe原子之间适当的空间距离有利于主要的*COOH和*HCO₃解离过程，从而选择性生成初始的CO。随后，*CO中间体加氢生成CH₃OH和CH₄产物。这项工作可能有助于通过无人工能量输入的光热催化系统实现环境太阳光的有效应用。

Non-interacted Ni and Fe Dual-atom Pair Sites in N-doped Carbon Catalysts for Efficient Concentrating Solar-driven Photothermal CO₂ reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202313868.

https://doi.org/10.1002/anie.202313868.