宁波材料所/安徽大学/中国科学技术大学，AEM！

电化学二氧化碳还原反应(CO₂RR)可利用可再生电力将CO₂转化为有价值的碳化学品和燃料。在各种CO₂RR途径中，CO的生产提供了几个明显的优势，包括高选择性、低能耗、反应动力学快速和最小副产品形成。同时，CO作为主要化学原料和中间体在许多工业制造过程中发挥着关键作用。但是，CO₂RR过程在很大程度上受到CO₂分子高活化能垒和多个竞争反应的阻碍。

尽管贵金属如金(Au)和银(Ag)在CO₂转化为CO时具有优异的电催化性能，但它们的高成本和稀缺性限制了其广泛的商业应用。因此，迫切需要开发具有成本效益的催化剂，这些催化剂能够实现工业级电流密度，同时在广阔的电压范围内保持卓越的CO选择性。

本质上，CO₂RR过程涉及两个关键的反应中间体：*COOH和* CO。对于常用的Ni基催化剂来说，*COOH吸附和*CO解吸之间的权衡是具有挑战性的。高价Ni位点不足以提供足够的电子来激活CO₂并随后吸附*COOH；相反，富含电子的金属Ni位点与*CO表现出过强的π反键，从而阻碍其解吸。

基于此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈亮、安徽大学苏建伟和中国科学技术大学陈乾旺等采用氮消除方法合成了一种低配位的Ni单原子催化剂(L-Ni-NC-C)，其中Ni位点周围的大多数N配体被有效消除，同时建立了新的C配位。与传统的NiN₄ SAC不同，这种新型的Ni单原子催化剂具有独特的NiN₁C₂配位结构，其中单原子Ni由两个C原子和一个N原子配位。所得到的Ni SAC的中心Ni原子中表现出降低的氧化态，表明Ni位点存在中等的电子耗尽，这主要归因于低配位结构和C配位的参与，而不是传统使用高电负性N配体。

性能测试结果显示，L-Ni-NC-C催化剂在-0.7 V_RHE时的CO选择性达到了99.1%；同时，其在流动电池中保持了超高的CO选择性，在宽电流密度范围内超过99%，并在250 mA cm^-2的大电流密度下持续稳定运行超过20小时。原位FTIR和理论计算表明，L-Ni-NC-C的低配位结构具有双重功能，既增强了*COOH的吸附，又促进了随后*CO的解吸，从而有效地推进了CO₂RR过程。总的来说，该项工作证实了通过改变单原子催化剂配位结构来平衡CO₂RR活性和稳定性的可行性，为开发高效的单原子催化剂提供了理论指导。

Low-coordinated Ni single atom catalyst with carbon coordination for efficient CO₂ electroreduction. Advanced Energy Materials, 2025.DOI: 10.1002/aenm.202500283