摘要：电化学CO2还原反应(CO2RR)为解决全球气候变化和能源危机问题提供了一个可持续的解决方案。在众多CO2RR产品中，甲酸盐是储存氢气的重要介质，可以安全有效地将氢气能量保持在液态，从而确保氢气储存和运输的安全。

电化学CO2还原反应(CO2RR)为解决全球气候变化和能源危机问题提供了一个可持续的解决方案。在众多CO2RR产品中，甲酸盐是储存氢气的重要介质，可以安全有效地将氢气能量保持在液态，从而确保氢气储存和运输的安全。

CO2转化为甲酸盐涉及一个双电子转移机制，其初始电位为-0.19 VRHE。与将CO2还原成C2+化合物的多电子转移过程相比，CO2向甲酸盐的转化表现出较低的过电位。然而，目前的CO2RR转化为甲酸盐的过电位和选择性仍然不理想。因此，开发有效的催化剂以降低能耗和提高甲酸生产的选择性是至关重要的。

近日，北京理工大学陈文星课题组通过配体共蚀刻的方法，在金属-有机框架材料(MOF)衍生的蛋黄壳碳框架内构建不对称Zn-Sn双原子位点(Zn1Sn1/SNC)，并将其用于高效电催化CO2转化为甲酸。

实验结果和理论计算表明，双原子位点由一个部分掺杂了S的Sn中心(p-block)和一个N配位的Zn中心(d-block)组成，金属双位点的局部结构调节和构建的蛋黄壳结构促进了Zn-Sn中心的p-d轨道耦合。在Zn-Sn双中心中引入部分S掺杂剂破坏了局部对称性，导致转移到Sn中心的电子数量逐渐减少。N-Zn-Sn-S/N结构的不对称的电荷和原子分布使得形成稳定的HCOO*中间体吸附构型，降低了反应能垒，提高了CO2转化为甲酸的选择性。

性能测试结果显示，Zn1Sn1/SNC催化剂在-0.84 VRHE处的甲酸盐法拉第效率为94.6%，在-1.04 VRHE下的甲酸盐部分电流密度为 32.8 mA cm-2，优于文献报道的大多数催化剂。此外，在流动池中，Zn1Sn1/SNC在50-300 mA cm-2电流密度范围内的甲酸盐选择性超过90.6%；在-0.75 VRHE下连续电解120小时过程中，甲酸盐法拉第效率维持在89.7%左右。

根据单碳产率方程计算，Zn1Sn1/SNC、Sn1/SNC和Zn1/SNC在-0.84 VRHE时的单碳产率分别为9.8%、5.7%和2.9%，这表明Zn1Sn1/SNC能够更充分、更有效地利用CO2。综上，该项工作通过对双原子位点的精确调控实现增强的p-d偶联效应，从而改善催化性能，为开发有效的CO2RR催化剂提供了理论依据。

Sulfur-doping tunes p-d orbital coupling over asymmetric Zn-Sn dual-atom for boosting CO2 electroreduction to formate. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-57573-4

陈文星，北京理工大学副教授，博士生/硕士生导师。2011年本科毕业于北京航空航天大学化学学院；2015年毕业于中国科学技术大学国家同步辐射实验室，师从国际著名同步辐射X-射线谱学专家吴自玉教授；2016年在清华大学化学系进行博士后研究，师从中国杰出化学家李亚栋院士；2018年受聘于北京理工大学材料学院，并建立课题组，担任独立PI。作为课题负责人主持国家自然科学基金面上项目、青年项目，北京市面上基金项目，企业横向项目，北京理工大学人才引进启动项目和优青培育项目等，担任Nat. Comm、Angew、AM、Matter等学术期刊独立审稿人。连续五年（2020-2024）入选科睿唯安全球高被引科学家榜单。2021年入选Elsevier&Stanford公布的“标准化引文指标全科作者数据库”全球10万全科科学家年度影响力名单。担任Nano Research、Nano Research Energy、SmartMat和Rare Metals等期刊编委/青年编委。

来源：华算科技