在酸性条件下通过电化学方法(eCO ₂ RR)降低二氧化碳(CO ₂ )浓度是生产有价值产品同时避免碳酸盐形成的重要策略。

然而，一个主要的挑战是，在酸性介质中，由于质子的可用性高，氢析出反应(HER)往往占主导地位，这使得CO ₂还原更难以有效进行。

针对该问题，本研究采用原位磷化法合成Ni-N₃PC催化剂，调节催化剂的电子结构，抑制竞争性HER，有利于CO₂还原反应。

Ni-N ₃ PC催化剂表现出优异的性能，在较宽的电位范围内，一氧化碳(CO)生成选择性超过90% 。它还保持了较高的碳效率，并实现了CO生成的高分电流密度，达到-357.7 mA cm ^-2。

在长期测试中，该催化剂可稳定运行100小时，在–100 mA cm ^-2电流密度下仍能保持85%的CO选择性，且结构未发生改变。进一步利用电化学阻抗谱和翻转频率对Ni-N ₃光子晶体进行分析，结果表明，与Ni单原子催化剂相比，该催化剂具有更低的电荷转移阻力和更高的本征活性。

Ni-N ₃光刻胶优异的催化活性源于多种协同效应。首先，原位磷化过程改变了催化剂的电子结构，从而增强了其固有活性。此外，该催化剂具有较大的比表面积，从而提高了 CO ₂ 的吸附能力，确保了活性位点处反应物的浓度更高。

XPS 和 XAS 分析证实了 Ni–P 和 Ni–N 键的存在，而扫描透射电子显微镜显示 Ni 原子在碳基质上原子分散。

陈立勇教授表示：“计算研究支持了实验结果，表明该催化剂降低了形成关键反应中间体(*COOH)的能垒，从而促进了二氧化碳的生成。这项研究为设计高效稳定的工业二氧化碳还原催化剂指明了一个有希望的方向。”

该成果发表在《化学工程杂志》上。

更多信息： Mengstu Etay Ashebir 等人，《通过磷对镍单原子催化剂进行电子结构改造，以实现富质子微环境中高效的电催化 CO₂ 还原反应》，《化学工程杂志》(2025 年)。期刊信息： 化学工程杂志