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電化學還原二氧化碳為碳基燃料和化學品是碳捕集利用與封存技術的重要組成部分，在可再生能源存儲和二氧化碳負排放方面具有廣闊的應用前景。然而，由于二氧化碳具有很強的化學鍵強和競爭性氫氣析出反應的發(fā)生，實現(xiàn)理想的電化學還原二氧化碳催化劑性能極具挑戰(zhàn)性。目前，一些具有高一氧化碳選擇性的貴金屬催化劑，如金和銀，可以在水溶液中獲得低過電位，但其高成本和低電流密度限制了實際利用潛力。因此，開發(fā)低過電位、高電流密度、儲量豐富的金屬基催化劑替代貴金屬催化電化學還原二氧化碳是十分必要和具有挑戰(zhàn)性的。

為解決上述問題，研究人員提出一種分子型不對稱二氮配位鎳單位點催化劑。利用位點的不飽和與不對稱特性，實現(xiàn)在電化學過程中的結構自優(yōu)化，進而提升位點在電化學還原二氧化碳中的本征活性。在研究中，研究團隊設計合成了一種具備二氮配位的分子型鎳單位點催化劑，并將其用于中性和堿性介質中的二氧化碳電還原反應。

中國科大供圖

同步輻射X射線吸收譜、發(fā)射譜等揭示了催化劑中鎳位點的局域配位結構。電化學測試結果表明，二氮配位的分子型鎳單位點催化劑在中性和堿性電解液中都可以實現(xiàn)非常高的電化學性能。尤其是堿性中，超過大多數(shù)已報道的催化劑。

理論計算研究也表明，在電化學過程中形成的單一氧化碳吸附鎳單位點上能夠更好地實現(xiàn)關鍵中間體形成和一氧化碳脫附之間的平衡，這是催化劑高的催化活性的重要起源，從而很好地揭示了其在二氧化碳電還原反應中的催化機理。?

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