電化學二氧化碳還原反應(CO₂RR)為將CO₂轉化為有價值的化學物質和實現碳中和提供了一個有效的策略。然而，該技術的發展受到高過電位、緩慢的電子轉移動力學和催化劑選擇性差的限制。CO₂RR過程涉及多步質子-電子轉移機制，具有多個反應中間體(*COOH、*CHO和*CO)，催化活性受限于中間體吸附能之間的強相關性(即線性尺度關系)。

更重要的是，由于反應中間體形成和產物脫附之間的競爭，阻礙了高選擇性催化劑的設計。為了克服這一局限性，人們提出了許多催化劑設計策略，以及調節電解質中堿金屬陽離子的濃度也被用來打破線性比例關系，但是目前仍未取得理想的結果。

近日，吉林大學崔小強、鄭偉濤、張雷和哈爾濱師范大學趙景祥等構造了一個獨特的原子分散異質對，它由固定在氮摻雜碳載體上的Mo-Fe雙原子(MoFe-N-C)組成，并且其表現出優異的CO₂RR轉化為CO的性能。

實驗結果表明，在?0.60 V_RHE下，MoFe-N-C催化劑的轉換頻率(TOF)高達3336.21 h^?1，CO法拉第效率(FE_CO)為95.96%；并且其在該電位下連續電解100小時期間FE_CO保持在96.83%以上，反應后MoFe-N-C的形貌和結晶度沒有發生明顯變化，表明該催化劑具有良好的穩定性。

密度泛函理論(DFT)計算表明，*COOH中間體獨特的橋式吸附構型增加了其吸附能，并且*COOH中間體的C和O原子分別吸附在Mo-Fe對的Mo和Fe原子上，這就增加了*COOH中間體的電子轉移。同時，由于Mo-Fe之間的d-d軌道耦合，縱向吸附的*CO中間體的解吸能降低，這降低了Mo-Fe對結合*CO的傾向。

特別是，這種軌道耦合導致電子離域，降低了金屬位點的電荷密度，從而降低了吸附在Fe原子上的CO中間體的吸附能。綜上，該項工作所提出的策略同時調節*COOH吸附能和*CO解吸能，這最終打破了線性尺度關系，顯著提高了催化效率，這為設計高效的電化學CO₂RR催化劑提供了有效的策略。

Atomic dispersed hetero-pairs for enhanced electrocatalytic CO₂ reduction. Nano-Micro Letters, 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01214-2