北京同步輻射裝置能源譜學(xué)團(tuán)隊(duì)在電催化二氧化碳還原機(jī)理研究方面取得系列重要進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所多學(xué)科中心能源譜學(xué)團(tuán)隊(duì)在電催化二氧化碳（CO2）還原機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展，通過(guò)在Cox/Pd金屬烯上構(gòu)建單分散原子位點(diǎn)，建立了C1產(chǎn)物高選擇性靶向開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)CO2電轉(zhuǎn)化路徑的非線(xiàn)性調(diào)控，相關(guān)工作以“Establishing a Robust Nonlinear Targeted Switch for C1?Electroproduction in Atomic Alloy Cox/Pd Bimetallenes”為題在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Angew. Chem. Int. Ed.上（https://doi.org/10.1002/anie.202414163）。

構(gòu)建用于CO2電轉(zhuǎn)換的靶向開(kāi)關(guān)，對(duì)于定向獲取高值化學(xué)品以實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略至關(guān)重要，但是目前活性位點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)性及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與催化性能之間缺乏普適關(guān)聯(lián)性，嚴(yán)重阻礙了對(duì)多種中間體競(jìng)爭(zhēng)性路徑的精準(zhǔn)調(diào)控。本工作中，團(tuán)隊(duì)基于前期對(duì)局域?qū)ΨQ(chēng)性破缺單原子催化劑用于高效CO2電還原產(chǎn)甲酸（Nat. Commun.?2023, 14, 6849；ESI高被引論文）的研究，采用原子植入策略，在金屬鈀烯上成功構(gòu)建了用于C1產(chǎn)物選擇性切換所需的非線(xiàn)性靶向開(kāi)關(guān)Cox/Pd（x=1, 2）。從Co1/Pd切換到Co2/Pd，可使C1產(chǎn)物（CO和甲酸）選擇性發(fā)生非線(xiàn)性、高對(duì)比度翻轉(zhuǎn)（選擇性均超過(guò)94%），而且在工況電流密度（-150 mA cm-2）下連續(xù)工作200小時(shí)仍能保持優(yōu)異的選擇性和電流效率。原位譜學(xué)和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)特定的近鄰金屬位點(diǎn)組合能夠調(diào)節(jié)dz2能帶中心，誘發(fā)中間體優(yōu)先吸附構(gòu)型的非線(xiàn)性切換，進(jìn)而控制C1產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化路徑。該研究揭示了一種用于C1產(chǎn)物高選擇性轉(zhuǎn)換的理想開(kāi)關(guān)，為通過(guò)特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組裝來(lái)精細(xì)調(diào)控能量轉(zhuǎn)換過(guò)程提供了新視角。高能所博士后裴加景、張貴凱和中國(guó)計(jì)量大學(xué)李燦為論文共同第一作者，高能所為唯一通訊單位，董俊才特聘青年研究員為論文通訊作者。

近期，董俊才入選了英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)材料化學(xué)領(lǐng)域2024年度Journal of Materials Chemistry A Emerging Investigators，受邀發(fā)表題為“Low-coordinated Co-Mn diatomic sites derived from metal–organic framework nanorods promote electrocatalytic CO2?reduction”的專(zhuān)刊論文（J. Mater. Chem. A?2024, 12, 13694；封面論文）。該工作中，團(tuán)隊(duì)提出利用低氮配位的Co-Mn雙原子位點(diǎn)來(lái)促進(jìn)*CO脫附，以加快CO2→CO動(dòng)力學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了極低電勢(shì)下CO的高選擇性轉(zhuǎn)化。高能所博士后裴加景、張貴凱為論文共同第一作者，高能所為唯一通訊單位，安鵬飛副研究員和儲(chǔ)勝啟副研究員為論文共同通訊作者。

上述工作依托北京同步輻射裝置X射線(xiàn)譜學(xué)線(xiàn)站，為高能同步輻射光源在能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用研究以及后續(xù)能源材料及器件譜學(xué)線(xiàn)站的建設(shè)提供了重要科學(xué)及技術(shù)儲(chǔ)備。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院青促會(huì)優(yōu)秀會(huì)員、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所科技創(chuàng)新項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助支持。