近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料與能源小分子轉化創新特區研究組研究員鄧德會團隊在無金屬氮摻雜碳電催化還原CO₂研究中取得新進展，通過可控合成含有不同氮物種及摻雜量的氮摻雜碳材料，揭示了石墨氮調控的近鄰碳是電催化還原CO₂制CO的活性位點。該工作為深入認識電催化還原CO₂的機制，以及理性設計催化劑提供了借鑒。

　　利用可再生能源將CO₂轉化為高附加值化學品是降低碳排放和緩解化石資源短缺的一個有效策略。CO是一種重要的化工合成原料，因此電催化還原CO₂制CO是CO₂有效利用的一條重要途徑。氮摻雜碳材料具有良好的導電性和易于調變的電子特性，在電催化還原CO₂制CO中展現出了優異的催化性能。但目前由于缺少可控的摻雜氮物種的制備方法，對氮摻雜碳活性位點的認識仍存在爭議。

大連化物所揭示氮摻雜碳材料電催化還原二氧化碳的活性位點

　　鄧德會研究團隊在長期深入研究石墨烯限域單原子催化劑的基礎上（Sci. Adv. 2015, 1, e1500462; Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 218; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6708; Nano Energy 2017, 32, 353; Chem 2018, 4, 1902; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16339; Chem. Rev. 2019, 119, 1806; Adv. Mater. 2019, 31, 1901996），創新地利用氧化硅球模板輔助熱解酞菁分子的方法，可控地制備了一系列含有不同氮物種和摻雜量的氮摻雜泡沫碳催化劑。電化學活性測試結果表明，相對于吡啶氮和吡咯氮含量相對高的樣品，石墨氮含量高的樣品顯示了最高的CO選擇性，在-0.5 V vs. RHE時，CO法拉第效率高達95%。理論計算研究顯示，石墨氮近鄰碳原子位點上的電催化CO₂還原到CO的過電位，顯著低于電解水析氫（HER）的過電位，從而可以有效促進CO₂還原；吡啶氮本身由于對H*的強吸附而被阻塞，而在吡啶氮附近碳原子上的HER反應過電位比CO₂還原的更低；吡咯氮對兩種反應均無明顯促進效果。因此，相比于吡啶氮和吡咯氮，石墨氮的引入有效地促進了其近鄰碳原子催化CO₂還原制CO的催化活性。

　　相關研究成果發表在Cell Reports Physical Science上。上述工作得到了國家科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金重大項目、中科院戰略性先導B科技專項、中科院潔凈能源創新研究院合作基金項目、教育部能源材料化學協同創新中心（2011.iChEM）等的資助。