Nature子刊：原位光谱立大功！揭示CO/CO2电还原制甲醇中单原子中心固有结构特征

电化学CO/CO₂还原反应(CO_xRR)作为燃料和化学品可持续生产的基石，由于其在缓解能源危机和环境问题方面的巨大潜力而引起了越来越多的关注。

CO₂RR能够利用可再生电力生产高附加值C₂₊产物(例如乙烯，乙醇和乙酸)，直接利用CO作为反应物可以提高近表面CO浓度并显着抑制竞争性析氢反应(HER)，从而大大提高选择性生产所需燃料/化学品的催化性能。然而，开发具有简化化学方案的新型催化材料来实现高效、稳定的CO_x电还原仍然是一个巨大的挑战。

近日，香港城市大学刘彬、巴黎西岱大学Marc Robert、阳明交通大学洪崧富(Sung-Fu Hung)和中科院大连化物所李旭宁等通过在多壁碳纳米管上锚定酞菁钴，建立了一种单原子模型催化剂，用于解释CO_xRR合成甲醇的活性组分的结构特征及其机理。

具体而言，在CORR过程中(0.5 M K₂HPO₄，pH=9.6)，在−0.70 V_RHE下，甲醇法拉第效率(FE)高达47.8%(在膜组装电解槽中电流密度达30 mA cm⁻²时法拉第效率达66%)；而在CO₂RR过程中，甲醇产量基本上被抑制。

实验结果和理论计算表明，在CORR中，通过原位XAS测量检测到较高电子密度的单一钴原子中心，有利于形成C-O键伸缩振动较弱的*CO，这可以有效地降低形成作为关键催化中间体的H-copc-CO⁻的能垒，然后*CO进一步加氢转化为*CHO，从而促进甲醇的形成；相反，在CO₂RR反应过程中，CO优先解吸阻碍了其进一步还原，进而抑制了甲醇的生成。

综上，该项研究对CO₂-CO和CO-CH₃OH电化学反应途径提供了全面的认识，为今后设计高效的CO₂/CO电还原催化剂提供了理论基础。

In-situ Spectroscopic Probe of the Intrinsic Structure Feature of Single-atom Center in Electrochemical CO/CO₂ Reduction to Methanol. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39153-6