单原子催化剂（SACs）作为CO2电还原反应（CO2ER）的非贵金属电催化剂具有广阔的应用前景，但是要从根本上理解CO2活化的复杂动力学行为以实现高产品选择性，仍然是一个挑战。基于此，浙江大学杨彬副教授和侯阳研究员（共同通讯作者）等人报道了一种不同寻常的Fe单原子催化剂，含有原子分散的Fe-N4物种和Fe3C纳米颗粒（NPs）（Fe3C|Fe1N4）。在文中，通过一步全固态配体-蒸气法合成的Fe掺杂ZIF-8前驱体，利用直接热解法制备了Fe掺杂ZIF-8单原子催化剂通，该催化剂包含原子分散的Fe-N4物种和Fe3C NPs（Fe3C|Fe1N4）。所制备的Fe3C|Fe1N4具有碎片状岩石状纳米碳结构，孤立的Fe-N4位点与碳基质中相邻的Fe3C NPs（<30 nm）均匀分散。得益于Fe3C和Fe1N4之间的强耦合效应和独特的空间纳米结构，Fe3C|Fe1N4显示出优异的CO2ER活性，在-0.5 V下，低起始电位为0.3V，CO法拉第效率（FE）高达94.6%，作为最活跃的Fe-N-C催化剂之一，甚至超过了大多数其他碳载非贵金属NPs。对照实验结合原位光谱电化学研究表明，Fe3C|Fe1N4催化剂中共存的Fe3C NPs显着提高了Fe-N4活性位点的JCO，形成关键的*COOH中间体。原位衰减全反射傅里叶变换红外分析和理论计算表明，由于存在与活性Fe-N4位点紧密相邻的Fe3C NPs，导致孤立的Fe-N4位点的电子重新分布，这显着增强了CO2的吸附/活化，并加快了CO2ER的性能。此外，采用Fe3C|Fe1N4正极设计的Zn-CO2电池（ZCB）可以提供高达0.33 mW cm-2的功率密度。该研究对Fe3C NPs辅助的Fe-N-C催化剂的设计和理解，将为开发其他具有多种电化学能量转换活性的TM-N-C基电催化剂铺平了道路。Promoting Electrochemical CO2 Reduction via Boosting Activation of Adsorbed Intermediates on Iron Single-Atom Catalyst. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202110174.https://doi.org/10.1002/adfm.202110174.
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