过渡金属与硼共掺杂石墨炔的电催化设计：增强CO2还原为C2产物的高效路径

本文推荐一种通过过渡金属（Ti、V、Cr、Mn、Fe）与硼共掺杂石墨炔（TMB1@GY）的电催化剂设计策略，用于高效催化CO2还原反应（ECO2RR）生成高附加值C2产物（如乙烯和乙醇）。研究通过第一性原理计算证实，MnB1@GY表现出卓越的催化性能，其极限电位（UL）低至-0.22 V，C-C耦合能垒仅0.31 eV。该工作揭示了sp杂化硼原子与邻近碳原子的协同活性位点机制，为多中心催化剂设计提供了新思路。

　　

亮点

过渡金属（TM）与硼共掺杂石墨炔（TMB₁@GY）通过双活性位点协同作用，显著降低C₂产物生成的动力学能垒。

结构稳定性

γ-石墨炔（γ-GY）中sp杂化碳被硼原子取代形成的TMB₁@GY（TM = Ti、V、Cr、Mn、Fe）展现出优异的稳定性。通过形成能（E_f）、溶解电位（U_diss）和分子动力学（MD）模拟验证，MnB₁@GY的结构在高温下仍保持完整（图1a）。

催化性能

五类催化剂中，MnB₁@GY表现最优：极限电位（U_L）为-0.22 V，C-C耦合能垒仅0.31 eV。过渡态分析显示，硼原子不仅作为活性位点吸附CO中间体，还激活邻近sp碳原子参与反应，形成"电子捐赠双站点"，有效削弱CO-*CO耦合阻力（图2c）。

结论

TMB₁@GY通过TM-B原子对打破传统线性比例关系，为ECO₂RR中C₂产物的低能耗合成提供了新型催化剂设计范式。