近年來，由于傳統(tǒng)能源的大量使用導(dǎo)致大氣中CO2的濃度急劇增加，導(dǎo)致溫室效應(yīng)和環(huán)境氣候惡化等問題，因此需要采取措施降低CO2的濃度。將CO2轉(zhuǎn)化為可用的化學(xué)品是變廢為寶的方法。利用可持續(xù)能源產(chǎn)生的電進行電催化CO2轉(zhuǎn)化具有溫和、環(huán)保等優(yōu)點。然而目前仍然存在著選擇性不高、過電位高、電流密度小等缺點需要克服，因此尋找合適的催化劑是關(guān)鍵。

單原子催化劑具有最大的原子利用率，在很多催化反應(yīng)中表現(xiàn)為高活性、高選擇性，然而不同的單原子金屬催化劑活性有差別，原因仍然有待明確。

最近，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室曹榮和黃遠標(biāo)團隊在科技部重點研發(fā)計劃、基金委、中科院先導(dǎo)及前沿計劃項目、中科院青促會優(yōu)秀會員項目支持下，采用之前該團隊制備多孔卟啉基三嗪框架材料穩(wěn)定的單原子的方法（ACS Energy Lett.,?2018, 3, 883-889；J. Mater. Chem. A,?2019, 7,?1252），制備了該載體穩(wěn)定的Ni、Cu、Fe 和Co 等系列單原子催化劑，并系統(tǒng)地研究了其電催化還原二氧化碳的性能。相較于其他金屬單原子催化劑，所制備的Ni單原子催化劑在較寬的電壓測試范圍內(nèi)（-0.6 — -1.2 V vs. RHE），其產(chǎn)CO法拉第效率均高于90%，且在-0.8 V 時選擇性接近100%（98%），在-1.2 V 時，其 TOF 值高達13462 h-1。計算表明Ni 和Fe 催化劑的電化學(xué)電勢要小于Co 和Cu催化劑，所以Ni 和Fe 催化劑表現(xiàn)為更高的活性；而Ni 催化劑對于HER 的能壘比CO2RR 的高，所以很好地抑制了氫氣的產(chǎn)生，而Fe催化劑解吸CO 的能壘較高，因此Ni 催化劑表現(xiàn)出高的CO2RR 能力。

該工作為設(shè)計合成高效的單原子非貴金屬催化劑提供了新的思路，為發(fā)展新的高效電催化劑提供了重要參考。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在中國化學(xué)會旗艦雜志CCS Chem.,?2019, 1,?384–395上。