一项研究为镍催化剂在二氧化碳电还原反应中的作用提供了新的理解，并有望为未来的二氧化碳还原技术提供新的思路。

碳基燃料和化学品的CO₂还原反应(CO₂RR)作为CCUS技术的重要组成部分，在可再生能源存储和CO₂负排放方面具有广阔的应用前景。

中国科学院中国科学技术大学国家同步辐射实验室李松教授和贺群副研究员领导的研究小组，对CO₂RR作用于镍(Ni)单原子位的机理提出了新的认识。

他们的研究题为“高效二氧化碳电还原的不对称二氮配位镍单原子位点”，发表在《自然通讯》上。

理想的CO₂RR催化剂要求产物过电位低、电流密度大。然而，以前的催化剂要么成本高，要么电流密度低，如金(Au)和银(Ag)，通常表现出比金和银高得多的过电位，如Fe、Co或Ni，限制了反应效率。

因此，开发过电位低、电流密度大、储量丰富的三维金属基催化剂来取代贵金属催化剂对CO₂RR的催化作用势在必行。为了应对这些挑战，研究人员提出了一种不对称二氮配位镍单原子催化剂(Ni-N-C)。利用这些位点的不饱和和不对称特性，实现了电化学过程中结构的自优化，从而增强了这些位点在CO₂RR中的固有活性。

在本研究中，该团队设计并合成了具有二氮配位(吡啶氮和吡啶氮)的Ni-N-C，并将其用于中性和碱性介质中的CO₂电还原反应。同步辐射x射线吸收光谱和发射光谱揭示了催化剂中Ni位点的局部配位结构。电化学测试结果表明，Ni-N-C催化剂在中性(h型电池)和碱性(气体扩散电极，GDE)电解质中均能获得很高的电化学性能。

特别是在碱性条件下，与可逆氢电极(VRHE)相比，该催化剂在-0.15 V时可实现20.1 mA cmo -2的CO分电流密度，在-0.15至-0.9 VRHE电位范围内，CO的法拉第效率超过90%，在-1.0 VRHE下，转换频率(TOF)超过274,000 site-1 h-1，超过了大多数报道的催化剂。