电还原CO2制备高附加值化学品在实现碳资源循环利用和环境保护等方面具有重要意义。然而目前CO2电还原体系存在明显的瓶颈，比如过电位较高、还原效率低、对目标产物选择性差等问题。反应活性/选择性强烈依赖于催化剂对特定中间体的吸附方式及强度，改变活性位点的电子结构可以改变反应路径和最终产物。因此，通过调节活性位点的电子结构和配位环境来改变CO2电还原过程中关键中间体的吸附能力，是提高目标产物选择性的重要方法。
一般来说，金属铟（In）催化剂可以有效地将CO2电还原成甲酸，高选择性地获得CO一直难以实现。针对这种情况，我们设计合成了N配位的单原子In催化剂，在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的乙腈溶液中实现了高效电催化还原CO2制备CO。分析比较In原子的电子态密度，我们发现单原子In(In-N)的s和p带中心发生了显著偏移，说明In(In-N)反键态充满了更多电子，通过N配位(In-N)引起的电子密度重构可维持局部碱性环境，抑制了甲酸盐的形成；另一方面，In原子和相邻N原子上的电荷密度存在明显的差异，有利于COOH*的解离，进而促进CO的生成。该工作为设计电催化剂来调控反应路径提供了新的思路。
This paper, from Xiaofu Sun, Shoujie Liu, Buxing Han, and coworkers, reports the first work to use atomic In as the catalysts for CO2 electroreduction to CO. It showed outstanding performance for CO2 reduction to CO in ionic liquid-based electrolyte and remarkable stability. Compared with the traditional In catalysts, single atom In can tune the selectivity from formate to CO by modulating surrounding environment. The manuscript presents a very good idea, a good use of complementary techniques and quite interesting results.
中国科学院化学研究所
Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences
Atomic Indium Catalysts for Switching CO2 Electroreduction Products from Formate to CO
2021, Vol. 143, No. 18, 6877-6885
https://doi.org/10.1021/jacs.1c00151
