(纯计算)赣南师范大学唐绍彬、毛宗昌J. Colloid Interface Sci.：多金属位点协...

主要观点总结

本文研究了相邻的单个过渡金属（TM）原子和Fe6纳米颗粒对Ni-N4位点电催化二氧化碳还原（CO2RR）性能的影响。通过第一性原理计算，发现TM原子和Fe6的共存能够精准调控Ni-N4位点的电子结构，促进二氧化碳的活化与还原。新设计的电催化剂显示了多金属位点的协同效应，特别是在形成关键中间体*COOH时，具有低限制电位约为-0.5V。该研究为提高高金属含量下单原子催化剂的催化活性提供了有效策略。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

单镍位点（Ni-N4-C）表现出优异的性能，但由于完全饱和对称的Ni-N4-C构型的高自由能垒，其催化性能仍有提升空间。以往的研究表明，调控SACs中的配位环境或选择合适的底物可以改变中心金属原子的电子结构和几何结构，从而优化催化性能。双原子位点催化剂（DACs）因相邻金属原子之间的协同效应而成为有前景的候选催化剂。然而，在高金属负载时，单个金属原子倾向于聚集，导致在衬底表面形成纳米颗粒（NPs）。这些研究大多集中在由与金属NPs相邻的单个金属原子组成的杂化电催化剂上。

关键观点2: 研究目的

本研究旨在探究邻近TM原子和Fe6纳米颗粒协同作用对Ni-N4位点电子结构的调控，以及促进CO2RR的机制。

关键观点3: 研究方法

本研究采用第一性原理计算，研究了邻近TM原子和Fe6纳米颗粒协同作用对Ni-N4位点的影响。通过设计含有7×7石墨烯薄片的超胞来支撑金属原子和金属纳米颗粒，研究各种构型的电子结构、极化电荷分布和部分状态密度（PDOS）。

关键观点4: 研究结果

研究发现，邻近TM原子与Fe6纳米颗粒的协同作用诱导CO2分子弯曲活化，并促进关键中间体*COOH的形成，同时保持有效的*CO解吸。新设计的电催化剂显示了多金属位点的协同作用。特别是TM原子促进*CO2/*COOH物种与Ni位点之间形成C-Ni键，与Fe6形成Fe…O配位键。在Ni-TM-Fe6催化剂上，*COOH形成的自由能垒显著降低，低于0.6 eV。

关键观点5: 研究结论

本研究表明，相邻的TM原子和Fe6纳米颗粒能够精准调控Ni-N4位点的电子结构，促进二氧化碳的活化与还原。新设计的电催化剂具有多金属位点的协同效应，特别是与TM = Ni、Cu和Ag的结合表现出增强的催化活性，最低限制电位约为-0.5V。这项研究为调节高金属密度下SACs的电子结构和催化活性提供了一种有效的策略。