CO₂电还原（CO₂ RR）被广泛认为是实现碳中和的有前途的途径，而单原子催化剂（SAC）被证明在CO₂RR中是有效的。然而，大多数 SAC 由于其粉状特性而无法进一步增强性能。在此，我们提出了许多孤立的镍单原子锚定在 3D 互连的 N 掺杂碳管 (NiSAs@3D-INCT) 网络上作为自支撑电极。NiSAs@ 3D-INCT 具有真正互连且高度有序的垂直和横向碳管通道，可促进二氧化碳相互作用和电解质传输。 NiSAs@3D-INCT 表现出卓越的 CO₂RR 性能，与可逆氢电极 (RHE) 相比，在 0.96 V 电压下的 CO 部分电流密度为 51.8 mA cm^-2 。 X射线吸收精细结构光谱和理论计算表明，NiSA负载在3D-INCT网络上，其Ni-N₄构型作为CO₂RR的高活性位点。这项工作将为 CO₂RR 开发高性能 SAC 提供新的思路。
 
Fig 1. 在 0.2 M Ni (NO₃)₂ 溶液中获得的 NiSAs@ 3D-INCT 的表征。 a) 照片。 b) 横截面和 c) 俯视 SEM 图像。 d) TEM、e) STEM、f) SAED 和 g) HRTEM 图像。 h) HAADF-STEM 图像和相应的 EDS 映射。 i) AC-HAADF-STEM 图像。 （大量、分散的亮点与较重的Ni元素有关，指的是Ni原子）。
 
Fig 2. a) 3D-ICT、3D-INCT、NiSAs@3D-INCT 和 NiNPs@3D-INCT 的 XRD 图。 b) NiSAs@3D-INCT 的 N1s 和 c) Ni2p 高分辨率 XPS 光谱。 d) NiSAs@3D-INCT 的 Ni Kedge XANES 光谱以及包括镍箔、NiO 和 NiPc 在内的参考文献。 e) Ni K 边 EXAFS 光谱的傅里叶变换曲线。 f）NiSAs@3D-INCT的Ni K边缘EXAFS拟合结果，插图显示了Ni中心的建议协调配置。 g) Ni箔、NiO、NiPc和NiSAs@3D-INCT的WT-EXAFS轮廓图案。
 
Fig 3. 分别为 3D-ICT、3D-INCT、NiNPs@3D-INCT 和 NiSAs@3DINCT 不同电极的 a) 稳态极化曲线和 b) 在不同施加电位下的 FE_CO。 NiSAs@3D-INCT 的 j_CO 与 c) NiNPs@3D-INCT、3D-INCT 和 3D-ICT 以及 d) 最近报道的代表性 CO₂RR 催化剂进行比较。 e) 不同电极对CO产物的塔菲尔斜率图。 f) NiSAs@3D-INCT 在 - 0.69 V vs. RHE 条件下对 CO₂RR 的长期稳定性测量。
 
Fig 4. a) Ni-N₄-C 掺杂石墨烯上 CO₂RR 的拟议反应途径。 b) Ni-N₄-C、N-C 掺杂石墨烯和 Ni (111) 上的 CO₂RR 自由能图。c) Ni-N₄-C 模型上 CO₂RR 和 HER 自由能图的比较。 d) Ni-N₄-C 上 *COOH 和 *CO 吸附结构的 PDOS。 e) *COOH和*CO在N-C上的吸附结构的PDOS。
 
       相关研究工作由南京航空航天大学Yimin Xuan课题组——通过构建3D互连氮掺杂碳管网络实现镍单原子高效CO₂电还原于2023年在线发表在《Applied Catalysis B: Environmental》期刊上，Efficient utilization of nickel single atoms for CO₂ electroreduction by constructing 3D interconnected nitrogen-doped carbon tube network，原文: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123083。

转自《石墨烯研究》公众号