電催化二氧化碳還原（eCO2RR）生產(chǎn)高附加值化學(xué)品（如CO、C2H4、C2H5OH、CH3COOH等）是緩解現(xiàn)代社會(huì)能源危機(jī)和溫室效應(yīng)的重要途徑之一。然而，高效的eCO2RR催化劑對(duì)更小的粒徑以及更大的比表面積的要求需要使用適當(dāng)?shù)幕讈?lái)負(fù)載。然而傳統(tǒng)的基底往往只能將催化劑加載在顆粒表面，由此產(chǎn)生的催化活性中心也僅限于基底的表面催化劑負(fù)載位點(diǎn)，基底內(nèi)部的晶格空間無(wú)法得到有效的利用，反應(yīng)效率大大降低。此外，表面加載模式下弱的催化劑-基底相互作用很難在嚴(yán)苛的電化學(xué)循環(huán)條件下保持催化劑的整體長(zhǎng)期穩(wěn)定性。因此，利用先進(jìn)的配置設(shè)計(jì)，激活基底的更多晶格位點(diǎn)以加載各種形式的催化劑，并同時(shí)增強(qiáng)催化劑-基底相互作用對(duì)提升eCO2RR催化劑的性能十分重要。

近日，我校王舜/袁一斐/呂晶晶教授課題組在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》發(fā)表題為“Seeding Atomic Silver into Internal Lattice Sites of Transition Metal Oxide for Advanced Electrocatalysis”的論文。該工作利用隧道結(jié)構(gòu)的α-MnO2作為基底，將Ag原子鏈引入α-MnO2隧道內(nèi)部，并且在MnO2表面通過(guò)共享晶格外延生長(zhǎng)負(fù)載了Ag納米顆粒，從而制備了雙位點(diǎn)Ag催化劑。通過(guò)開(kāi)發(fā)過(guò)渡金屬氧化物晶格內(nèi)部的催化劑負(fù)載位點(diǎn)，可以大大增加基底的催化活性中心，提高電催化二氧化碳還原的效率，并且隧道內(nèi)部的催化劑由于金屬離子-基底間的協(xié)同作用，導(dǎo)致其中間反應(yīng)過(guò)程中的能壘顯著降低。更重要的是，MnO2對(duì)內(nèi)外的Ag催化劑物種均具有很強(qiáng)的約束作用，可以抑制Ag的團(tuán)聚，從而提高催化劑的循環(huán)壽命。

基于此，在堿性流動(dòng)池中測(cè)試eCO2RR性能，AgNP@Ag/K-MnO2催化劑表現(xiàn)出高選擇性（法拉第效率94%）、產(chǎn)率（67.3 mol/g/h）、部分電流密度270 mA/cm2和長(zhǎng)期耐久性（在50 mA/cm2下約48小時(shí)），超過(guò)了商業(yè)Ag納米顆粒（Ag NPs）和目前報(bào)道的大多數(shù)Ag電催化劑。本研究結(jié)果闡明了用于eCO2RR的先進(jìn)催化劑的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。我們也期望它能夠激發(fā)未來(lái)基于TMOs的催化劑的先進(jìn)設(shè)計(jì)，考慮利用其內(nèi)部晶格空間以最大程度地提高催化活性位點(diǎn)，而不是僅僅只局限在基底的表面位點(diǎn)。

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于近期的《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202312566），溫州大學(xué)為第一通訊單位，化學(xué)與材料工程學(xué)院宋文君（博士生）、李成航（碩士）、尹若楠（碩士）為共同第一作者，我校王舜、袁一斐、呂晶晶教授為該論文共同通訊作者，相關(guān)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金（52072273, 52201227, 52331009）和浙江省自然科學(xué)基金（LQ23B030001）項(xiàng)目以及溫州大學(xué)2023年博士研究生創(chuàng)新基金（3162023002001）的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202312566