本网讯 近日，中南大学物理与电子学院刘敏教授、北京航空航天大学孙轶斐教授和慕尼黑大学Emiliano Corté在国际顶级刊物《先进材料》（Advanced Materials）上发表了题为“不对称配位Ca位点诱导电子局域化电还原CO₂为C0（Asymmetric Coordination Induces Electron Localization at Ca Sites for Robust CO₂ Electroreduction to CO）”的研究论文。刘敏等开发出一种O掺杂策略，通过Ca单原子 (Ca-N₃O)的不对称配位将电子局域化，从而增强CO₂还原性能。中南大学为该项研究成果的第一完成单位，物理与电子学院王其忧博士为论文第一作者，刘敏教授、北京航空航天大学孙轶斐教授和慕尼黑大学Emiliano Corté教授为共同通讯作者。

电荷局域化Ca单原子的制备及其球差电镜图片

作为实现“双碳”目标的重要技术之一，电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）在近年来受到越来越多的关注。单原子催化剂(SACs)具有明确的活性位点和最大化的原子利用率，被认为是电化学CO₂RR制CO的高效催化剂。传统SACs用于CO₂RR领域的研究极为受限，因为存在严重的析氢(HER)和CO毒化问题。与传统SACs相比，主族SACs可以有效抑制中间产物*H和*CO的吸附，因此在电化学CO₂RR制CO应用中显示出优异的前景，但主族SACs在将CO₂活化过程中能力欠佳。针对这一问题，研究团队开发出一种O掺杂策略，通过CaSAC的不对称配位(Ca-N₃O)将电子局域化，从而增强了CO₂的活化。理论计算表明，Ca-N₃O的不对称配位可有效改善Ca位点周围的电子局域化，从而促进*COOH的形成。X射线吸收精细光谱揭示出Ca-N₃O的结构，由一个O原子和三个N原子与Ca原子配位。利用原位全反射红外光谱，可进一步证明Ca-N₃O对*COOH形成的促进作用。因此，Ca-N₃O催化剂在H型电解池中表现出高达15000 h^-1的转换频率(TOF)新纪录，并在流动池测试中显示出-400 mA/cm²的高电流密度，和超过90%的CO选择性(FE)。此外，即便在30%的稀CO₂浓度条件下，Ca-N₃O催化剂仍可保持超过90%的选择性，为面向CO₂RR应用提供了可行路径。该研究契合国家双碳战略目标，为设计高活性和高选择性电催化CO₂RR材料提供了新思路，促进了CO₂RR技术的进一步发展。

该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖南省杰出青年基金、湖南省重点研发项目、粉末冶金国家重点实验室以及中南大学高性能计算公共平台的支持。

                                                                                                                （一审：于涛 二审：唐潇珺 三审：李殷）