南大金钟Nano Lett.: 单原子金属锚定Zr6簇-卟啉骨架

电化学CO₂还原反应(CO₂RR)被认为是在温和反应条件下将CO₂转化为有用和增值化学品/燃料的有前景的途径。然而，由于CO₂活化和C=O键断裂的高能垒，CO₂RR的发展受到过电位过高、能量转换效率差和竞争性析氢反应(HER)的阻碍。

基于此，南京大学金钟课题组提出了一种将非贵金属(Mn、Fe、Co、Ni和Cu)单原子锚定在具有明确且丰富的金属-N₄卟啉位点的Zr₆簇-卟啉骨架空心纳米“胶囊”(M-SAs/Zr-CPF)上的有效策略，以实现高效的电化学CO₂还原。

在这些样品中，Co-SAs/Zr-CPF对CO₂表现出最高的电催化性能。分级Co-SAs/Zr-CPF的中空形态和原子分散的Co单原子有助于实现大的ECSA、快速的质量传输、快速的电荷迁移率和高密度的活性中心，从而提高催化活性。

此外，由于Co-SAs/Zr-CPF较低的反应能垒，相比于其他过渡金属SAs(Mn、Fe、Ni 和 Cu)，Co-SAs在反应过程中的*COOH中间体形成步骤以及*CO中间体解吸步骤更有利。

因此，Co-SAs/Zr-CPF对CO₂转化为CO表现出最高的催化活性、选择性和耐久性。当用于集成太阳能驱动的CO₂RR-OER电解系统，Co-SAs/Zr-CPF显示出12.5%的理想太阳能-CO能量转换效率，证明了其在太阳能驱动的CO₂再利用的应用中的巨大潜力。本研究为制备具有可调电子结构和高电催化性能的单原子催化剂以实现CO₂循环和碳中和提供了一条有前景的策略。

Single-Atom Metal Anchored Zr₆-Cluster-Porphyrin Framework Hollow Nanocapsules with Ultrahigh Active-Center Density for Electrocatalytic CO₂ Reduction. Nano Letters, 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00547