研究揭示單原子合金催化二氧化碳電還原制一氧化碳機理

　　近日，我所理論催化創新特區研究組（05T8組）肖建平研究員團隊與中國科學技術大學曾杰教授團隊、電子科技大學夏川教授團隊合作在二氧化碳（CO2）轉化制一氧化碳（CO）研究中取得新進展，研發出單原子合金催化劑Sb1Cu，實現了CO2高活性、高選擇性還原制備CO，并探究了該過程的理論機理。

　　利用可再生能源實現CO2高效電還原，是減緩溫室效應并實現“雙碳”目標的重要手段之一。肖建平團隊在前期工作中發現了CO2電催化還原制甲酸的雙頂點活性趨勢（Nat. Commun.，2020；Adv. Mater.，2021），揭示了單原子合金Pb1Cu電催化CO2還原制甲酸的高活性原因（Nature Nanotechnology，2021）。

　　本工作中，肖建平團隊探究了單原子合金催化劑Sb1Cu電催化CO2還原表現出高CO選擇性的原因。研究發現，Sb1Cu電催化CO2到CO的活性位為與單原子Sb相鄰的Cu位點，并揭示了Sb1Cu相比于Cu可以有效減弱CO*的吸附能，降低CO*的覆蓋度，抑制C-C偶聯反應，從而提升了CO的選擇性。通過電荷外插值法，肖建平團隊計算了不同工作電勢下的反應能壘，通過微觀動力學模擬得到的理論速率也和實驗結果有較好的吻合。該研究為設計高活性和特定選擇性電催化材料提供了新思路。

　　相關研究以“Selective CO2 electrolysis to CO using isolated antimony alloyed copper”為題，于近日發表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院B類先導專項“功能納米系統的精準構筑原理與測量”、中科院潔凈能源創新研究院合作基金、榆林創新院人工智能科技專項等項目的資助。（文/圖 董雪）