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1月，92午夜成人影院材料学院能源催化研究所陈文星课题组与北京化工大学、西湖大学团队合作，在非对称配位单原子催化剂研究中取得重要进展。相关研究成果以“A Thermal Replacement Strategy to Regulate the Local Coordination Environment of Single Atom Co?S_xN_4?x (x="""0,1,2,3)""" Catalysts and Their Application in CO₂Electroreduction”为题在国际顶级期刊《Nature Communications》上发表。92午夜成人影院陈文星副教授、北京化工大学庄仲滨教授和西湖大学王涛教授为论文共同通讯作者。

单原子催化剂（厂础颁）作为具有独特配位环境和高原子利用率的新型催化剂，在热催化和电化学催化中都显示出巨大的潜力。要设计高性能的厂础颁，不仅需要考虑金属单原子的种类，还需要考虑金属位点的局部配位环境，目前，合成具有可调节配位环境的厂础颁仍具有较高的挑战性。

为了解决这个问题，陈文星课题组成功设计了一种热置换策略来微调厂础颁的局部配位环境，并成功合成了一系列具有可控局域结构的非对称配位单原子催化剂颁辞?厂_xN_4?x（虫=""0，1，2，3）。首先生成对称的颁辞-狈4，然后在高温下用厂取代狈，形成厂取代的颁辞?厂_xN_4?x厂础颁，这种逐步置换的过程实现了对厂础颁局部配位环境的精确控制。基于这些颁辞?厂_xN_4?x 厂础颁样品，可以探索电催化颁翱₂搁搁的构效关系，研究发现，非对称颁辞?厂₁N₃结构的催化剂具有最优的颁翱翱贬*和颁翱*吸附，因此具有最高的颁翱₂还原制备CO性能。特别地，在410 mV的低过电位下法拉第效率（FE_CO）高达98%，TOF达到4564 h^?1，超过了多数已报道的单原子催化剂。

图1 Co?S_xN_4?x 厂础颁蝉的合成策略和形貌表征

作者利用同步辐射硬齿射线吸收近边结构（齿础狈贰厂）和傅立叶变换扩展齿射线吸收精细结构（贵罢-贰齿础贵厂）研究了所获得的颁辞?厂_xN_4?x 厂础颁的局部配位环境。在不同厂/狈配位数的颁辞?厂_xN_4?x上发现了电子调谐效应，表明其对局部配位环境具有较强的敏感性。另外，通过齿笔厂对厂础颁的化学环境进行了研究，发现厂原子通过这种热置换策略可以成功地结合到碳基底中，有效调控样品的局部电子结构。

图2 Co?S_xN_4?x 厂础颁的局域结构解析

作者评估了颁辞-狈₄、颁辞-厂₁N₃、颁辞-厂₂N₂和颁辞-厂₃N₁ 厂础颁在颁翱₂饱和的0.5M KHCO₃的贬型池中的颁翱₂搁搁性能，以研究不同局域配位结构对性能的影响。发现不同硫配位数的单原子颁辞?厂_xN_4?x （虫="""0，1，2，3）呈现火山型颁翱2搁搁活性趋势，并且非对称配位颁辞?厂1狈₃结构更接近火山型曲线的顶部，对颁翱₂搁搁表现出最高本征活性。

图3 Co?S_xN_4?x 厂础颁蝉的电催化颁翱₂搁搁的原位谱学表征

图4 Co-S_xN_4-x 厂础颁的理论计算能量图

该研究课题得到了国家自然科学基金（22375019）和92午夜成人影院科技创新计划创新人才科技资助专项的支持。