北京同步辐射装置能源谱学团队在电催化二氧化碳还原机理研究方面取得系列重要进展

近日，中国科学院高能物理研究所多学科中心能源谱学团队在电催化二氧化碳（CO2）还原机理研究方面取得重要进展，通过在Cox/Pd金属烯上构建单分散原子位点，建立了C1产物高选择性靶向开关，实现CO2电转化路径的非线性调控，相关工作以“Establishing a Robust Nonlinear Targeted Switch for C1 Electroproduction in Atomic Alloy Cox/Pd Bimetallenes”为题在线发表在国际知名学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.上（https://doi.org/10.1002/anie.202414163）。

构建用于CO2电转换的靶向开关，对于定向获取高值化学品以实现“双碳”战略至关重要，但是目前活性位点的对称性及拓扑结构与催化性能之间缺乏普适关联性，严重阻碍了对多种中间体竞争性路径的精准调控。本工作中，团队基于前期对局域对称性破缺单原子催化剂用于高效CO2电还原产甲酸（Nat. Commun. 2023, 14, 6849；ESI高被引论文）的研究，采用原子植入策略，在金属钯烯上成功构建了用于C1产物选择性切换所需的非线性靶向开关Cox/Pd（x=1, 2）。从Co1/Pd切换到Co2/Pd，可使C1产物（CO和甲酸）选择性发生非线性、高对比度翻转（选择性均超过94%），而且在工况电流密度（-150 mA cm-2）下连续工作200小时仍能保持优异的选择性和电流效率。原位谱学和理论计算发现特定的近邻金属位点组合能够调节dz2能带中心，诱发中间体优先吸附构型的非线性切换，进而控制C1产物的转化路径。该研究揭示了一种用于C1产物高选择性转换的理想开关，为通过特定拓扑结构组装来精细调控能量转换过程提供了新视角。高能所博士后裴加景、张贵凯和中国计量大学李灿为论文共同第一作者，高能所为唯一通讯单位，董俊才特聘青年研究员为论文通讯作者。

近期，董俊才入选了英国皇家化学会材料化学领域2024年度Journal of Materials Chemistry A Emerging Investigators，受邀发表题为“Low-coordinated Co-Mn diatomic sites derived from metal–organic framework nanorods promote electrocatalytic CO2 reduction”的专刊论文（J. Mater. Chem. A 2024, 12, 13694；封面论文）。该工作中，团队提出利用低氮配位的Co-Mn双原子位点来促进*CO脱附，以加快CO2→CO动力学过程，实现了极低电势下CO的高选择性转化。高能所博士后裴加景、张贵凯为论文共同第一作者，高能所为唯一通讯单位，安鹏飞副研究员和储胜启副研究员为论文共同通讯作者。

上述工作依托北京同步辐射装置X射线谱学线站，为高能同步辐射光源在能源转换领域的应用研究以及后续能源材料及器件谱学线站的建设提供了重要科学及技术储备。上述工作得到了国家自然科学基金面上项目、中国科学院青促会优秀会员、中国科学院高能物理研究所科技创新项目、北京市自然科学基金青年项目和中国博士后科学基金面上项目的资助支持。