將CO₂電還原為CO是一種有前途的CO₂循環(huán)使用方法，但是它仍然存在電流密度和耐久性不切實(shí)際的問(wèn)題。基于此，中山大學(xué)廖培欽教授（通訊作者）等人報(bào)道了一種單原子納米酶（single-atom nanozyme, Ni-N₅-C），具有Ni-N₅的類酶催化活性位點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模的CO₂轉(zhuǎn)化CO。

在中性水溶液中，Ni-N₅-C表現(xiàn)出超高電流密度和對(duì)CO₂轉(zhuǎn)化為CO的eCO₂RR的耐久性，超過(guò)了目前已報(bào)道的所有催化劑。其中，Ni-N₅-C的法拉第效率（FE）在-0.8至-2.4 V vs. RHE上超過(guò)97%，在-2.4 V時(shí)電流密度達(dá)到最大值1.23 A cm^-2（周轉(zhuǎn)頻率為69.7 s^-1），F(xiàn)E為99.6%。同時(shí)，其在連續(xù)運(yùn)行100 h以上未觀察到明顯的降解。

密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，與平面Ni-N₄位點(diǎn)相比，正方錐體Ni-N₅位點(diǎn)的d_z²和d_xz/yz軌道能級(jí)分別增加和減少。因此，Ni-N₅催化位點(diǎn)更能激活CO2分子，降低能壘，促進(jìn)CO解吸，從而提高動(dòng)力學(xué)活化過(guò)程和催化活性。該工作為優(yōu)化金屬活性位點(diǎn)的配位幾何結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高效和選擇性的eCO₂RR提供了一種新方法。

Single-Product Faradaic Efficiency for Electrocatalytic of CO₂ to CO at Current Density Larger than 1.2 A cm^-2 in Neutral Aqueous Solution by a Single-Atom Nanozyme. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202210985.

https://doi.org/10.1002/anie.202210985.