文 章 信 息
构建镍单原子修饰的空心NC纳米片多级结构用于高效CO2电还原
第一作者：李云祥
通讯作者：楼雄文
单位：新加坡南洋理工大学，河南师范大学
研 究 背 景
单金属位点修饰的富氮碳材料（M-NC）由于其独特的电子结构、高原子利用效率和在不同电催化应用中的优异性能而引起了广泛的研究兴趣。除了金属中心的局部电子结构外，活性中心数量和传质特性对M-NC催化剂的活性起着关键作用。
然而，对于大多数热解方法制备的M-NC，只有小部分单金属位点充当活性中心，大量单金属位点处于致密的碳框架或微孔中而难以被利用，进而限制了催化剂的表观催化活性。因此，需要合理地设计催化剂结构以充分暴露单原子活性位点，促进传质进而实现更高效的催化过程。
文 章 简 介
基于此，来自新加坡南洋理工大学的楼雄文教授在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Loading Single-Ni Atoms on Assembled Hollow N-rich Carbon Plates for Efficient CO2 Electroreduction”的研究论文。
该文章报道了一种双配体沸石四唑骨架（ZTF）策略用于构建富氮碳（NC）空心片多级组装体，随后担载单原子Ni形成高效CO2还原电催化剂（Ni-NC(AHP))。本文合成的双配体沸石四唑骨架（ZTF）微结构在碳化过程中配体5-氨基四唑由于其易分解的性质作为自牺牲模板，2-甲基咪唑主要作为碳源和氮源，进而形成三维开放的NC空心纳米片组装体用于负载单原子Ni并提升其CO2电催化性能。
图1. Ni-NC(AHP) 制备路线示意图。
文 章 要 点
要点一：镍单原子修饰的空心NC纳米片多级结构的制备
本文通过使用2-甲基咪唑(2-Mim)和5-氨基四唑(5-AT)作为配体，锌离子作为节点，在甲醇介质中合成自组装ZTF微结构(ZTF(AP)）。两种配体5-氨基四唑与2-甲基咪唑具有类似的五元环结构，主要不同点在于前者的高度热不稳定性，其易分解性在与Zn离子形成周期性骨架后依然能较大程度保持。
在碳化过程中，ZTF(AP)中热不稳定配体5-氨基四唑易分解因而可以作为生成中空结构的自牺牲模板，配体2-甲基咪唑主要作为碳源和氮源，进而形成空心NC纳米片。ZTF(AP)样品经过热解过程形成由中空纳米片组装的高度开放的富氮碳微结构(NC(AHP))。最后，通过与Ni盐和氯化铵退火制备富含Ni单原子的Ni-NC(AHP)催化剂。
要点二：镍单原子修饰的空心NC纳米片多级结构的特性和CO2还原性能
由NC空心纳米片组装的Ni-NC(AHP) 催化剂具有丰富的介孔和更大的可利用比表面积，从而能促进传质并提供丰富的可利用单原子Ni-N4活性位点。由于这些结构特性和高效的CO2活性中心，Ni-NC(AHP)表现出良好的电化学CO2还原性能，包括在较宽的电位范围内展现出接近100%的CO选择性和显著提高的CO分电流密度。
文 章 链 接
Loading Single-Ni Atoms on Assembled Hollow N-rich Carbon Plates for Efficient CO2 Electroreduction
https://doi.org/10.1002/adma.202105204