单晶离子ZIF-8衍生的长Ni─N键Ni─N─C构型高效电还原CO2为CO的研究

来自某研究团队的研究人员针对工业级电流密度下电化学CO2还原反应（CO2RR）中单原子金属位点（Me?N?C）局部配位环境调控难题，开发了一种新型单晶离子ZIF-8材料，成功构建了具有1.94 ?长Ni─N键的Ni─N4位点。该Ni─N─C催化剂实现97%法拉第效率的CO生成，部分电流密度达679 mA cm?2，最高转换频率为106197 h?1，通过优化中间体吸附能降低反应能垒，为高效CO2RR催化剂设计提供新策略。

　　

通过设计一种新型单晶离子沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8），研究人员在微通道内精准构建了原子级定义的离子液体阳离子，进而引导形成具有1.94 ?长镍氮键（Ni─N）的原子分散镍氮四配位（Ni─N₄）位点。这种独特的Ni─N─C催化剂在电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）中展现出卓越性能：其催化CO₂还原生成一氧化碳（CO）的部分电流密度高达679毫安每平方厘米（mA cm^?2），法拉第效率（Faradic efficiency）达到97%，最大转换频率（TOF）突破106197每小时（h^?1）。机理研究表明，延长的Ni─N键导致镍位点价态轻微降低，优化了对CO₂分子和反应中间体（如COOH）的吸附亲和力，从而显著降低了决速步（CO₂ → *COOH）的能垒。该工作为理性设计高性能单原子催化剂提供了新颖的配位环境调控策略。