近日，国际知名学术期刊《Nature Communications》以“Scalable synthesis of coordinatively unsaturated metal-nitrogen sites for large-scale CO₂ electrolysis”为题，在线报道了超细材料制备与应用教育部重点实验室清洁能源材料与器件团队在规模化CO电合成领域的最新研究成果。

可再生电力驱动的CO₂电解制化学品过程是助力“碳达峰、碳中和”目标实现的理想途径，其中CO₂还原产CO具有高选择性、低能耗和易分离产物的优点，是最具有工业应用前景和经济价值的转化路径之一。然而，目前高效、稳定的CO₂电解产CO催化剂主要依赖于金、银等贵金属材料，同时电解器件的催化反应速率往往在安培级以下，远无法满足工业化的要求。因此，规模化合成低成本、高活性的催化材料，并将其性能应用于大面积的反应器件，对于推动CO₂电解工业化进程具有重要意义。

针对这一关键问题，研究团队创新性地发展了一种具有普适性、可规模化制备不饱和配位钴单原子（Co-CNTs-MW）催化剂的微波合成法。该催化剂应用于膜电极器件具有出色的CO₂电解产CO性能，在-200 mA cm^-2电流密度下法拉第效率为95.4%，且器件整体的能量效率达到54.1%。此外，研究团队自主加工设计了具有不同规格的CO₂电解膜电极器件，将膜电极放大至100 cm²，该催化剂在10 A的工业级电流下，CO选择性为86.8%，并且在150 sccm的CO₂流速下实现了40.4%的CO₂单程转化率。原位衰减全反射红外光谱和密度泛函理论计算证明了原子级分散的不饱和配位Co-N位点不仅有利于CO₂吸附，而且促进了关键中间体*COOH生成，从而加速了CO₂向CO的定向转化过程。该研究工作为规模化CO电合成提供了一个新的视角。

该工作主要由华东理工大学材料学院博士生孙纪伟、吴雪枫在刘鹏飞副教授、戴升教授、杨化桂教授等人的指导下完成。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36688-6