李亚栋院士团队：以P-C键掺杂实现单原子高效的CO2RR
通讯作者：Guanna Li；Jun Zhang；王定胜
通讯单位：瓦赫宁根大学；中国石油大学（华东）；清华大学
电化学CO2还原反应(CO2RR)可利用可再生电力将CO2转化为燃料和有价值的化学品。但通常存在高过电位和低选择性的问题。
基于此，清华大学李亚栋院士研究团队将单个P原子成功地以P-C键的形式结合到氮掺杂碳负载的单Fe原子催化剂（Fe-SAC/NPC）中实现了高效的CO2RR。相关工作以“Phosphorus Induced Electron Localization of Single Iron Sites for Boosted CO2 Electroreduction Reaction”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。
图1. Fe-SAC/NPC的合成和形态特征。(a)Fe-SAC/NPC的合成方案。(b)PPh3@ZIF-8和(c)Fe-SAC/NPC的TEM图像。(d)HAADF-STEM图像和(e)FeSAC/NPC的EDS图。
图2. FeSAC/NPC的化学状态和原子配位环境。(a)Fe-SAC/NPC的N1sXPS；(b)Fe-SAC/NPC的Fe K-edge XANES和(c)k3-weightedEXAFS；(d)FeSAC/NPC和(e)Fe-SAC/NC 的小波变换(WT)；(f)Fe-SAC/NPC与Fe配位模型的R空间拟合曲线。
图3. Fe-SAC/NPC的CO2RR性能。(a)FeSAC/NPC、Fe-SAC/NC、NPC和NC的FECO和(b)jCO；(c)Fe-SAC/NPC的TOF和用于CO生产的参考催化剂；(d)Fe-SAC/NPC在-0.43V vs RHE的CO2RR中的稳定性测试；(e)Fe-SAC/NPC、Fe-SAC/NC、NPC和NC的塔菲尔斜率。
图4. (a)在不同催化剂模型上计算的CO2RR到CO的自由能图；(b)FeN4OCP3和(c)FeN4O的态密度；(d)FeN4O-石墨烯的局部结构，在距Fe中心不同距离的最稳定构型中具有单个P原子（灰色：碳；蓝色：氮；棕色：铁；红色：氧；白色：氢；酒，橄榄，粉红色和青色：分别位于铁中心的第二、第三、第四和第五配位壳中的磷）；(e)FeN4OCP3和(f)FeN4O的微分电荷密度（黄色：积累；青色：耗尽；等值面值=0.005e Å-3）。
参考文献：
Xiaohui Sun, Yongxiao Tuo, Chenliang Ye, Chen Chen, Qing Lu, Guanna Li, Peng Jiang, Shenghua Chen, Peng Zhu, Ming Ma, Jun Zhang, Johannes H. Bitter, Dingsheng Wang, Yadong Li, Phosphorus Induced Electron Localization of Single Iron Sites for Boosted CO2 Electroreduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202110433.