將二氧化碳（CO2）電化學(xué)轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)品是利用可再生能源和實(shí)現(xiàn)碳中和的一種很有前途的技術(shù)。然而，在工業(yè)電流密度下實(shí)現(xiàn)所需產(chǎn)物的高效穩(wěn)定生成一直受到競(jìng)爭(zhēng)性析氫反應(yīng)（HER）的阻礙。近年來(lái)，通過(guò)晶界工程、非均相原子摻雜、高熵效應(yīng)等廣泛研究了在CO2還原反應(yīng)（CO2RR）過(guò)程中抑制HER的策略。雖然在中性或堿性條件下取得了顯著進(jìn)展，但在酸性介質(zhì)中，CO?RR性能往往較差，這主要是由于活性位點(diǎn)上質(zhì)子還原的起始電位較低。因此，鑒于所涉及的氣-固-液反應(yīng)界面的復(fù)雜性，深入了解潛在機(jī)制對(duì)于有效抑制HER至關(guān)重要，從而在寬pH范圍內(nèi)提高CO2RR性能。

近日，我校化材學(xué)院校王舜/金輝樂(lè)/王娟團(tuán)隊(duì)以及廈門(mén)大學(xué)黃小青教授在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》發(fā)表題為“Fluorine–Mediated Interfacial Microenvironment for Boosting pH–Universal CO2 Reduction.”的學(xué)術(shù)論文。在這項(xiàng)工作中，使用缺陷輔助策略成功的將鎳物種（單原子和原子簇）錨定在氟碳基材（FC）上，通過(guò)構(gòu)建單原子耦合原子團(tuán)簇策略制備得到了高效穩(wěn)定的CO2RR電催化劑，優(yōu)化后的Ni/FC在酸性、中性和堿性電解質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的FECO，分別為92.0%、99.1%和98.8%。相反，當(dāng)F元素不存在時(shí)，HER過(guò)程占主導(dǎo)地位。更重要的是，Ni/FC可以在寬pH范圍內(nèi)保持優(yōu)異的FECO。值得注意，在工業(yè)電流密度（200 mA cm-2）下能穩(wěn)定運(yùn)行3000小時(shí)，明顯優(yōu)于最近在不同電解質(zhì)條件下報(bào)道的電催化劑。結(jié)合密度泛函理論（DFT）計(jì)算、原位紅外光譜（ATR-FTIR）以及原位增強(qiáng)拉曼測(cè)試表征全面揭示了引入F后FECO增強(qiáng)和FEH2抑制的內(nèi)在原因：F的高電負(fù)性將導(dǎo)致正Cδ+中心的形成，這會(huì)抑制氫的吸附，提高界面水的離解能壘，從而抑制競(jìng)爭(zhēng)性HER過(guò)程（即正電碳Cδ+中心能夠 “隔離”質(zhì)子，抑制HER）。同時(shí)，氣-固-液界面處產(chǎn)生的局部微環(huán)境有利于降低速率決定步驟（RDS）的能量勢(shì)壘，從而促進(jìn)CO2轉(zhuǎn)化為CO。

圖1. CO2RR過(guò)程中的Ni/FC和Ni/C示意圖

溫州大學(xué)為論文的第一通訊單位，我院化學(xué)與材料工程學(xué)院博士研究生毛挺杰和林大杰副教授為共同第一作者，我院王舜教授、金輝樂(lè)教授、王娟副教授以及廈門(mén)大學(xué)黃小青教授為共同通訊作者，相關(guān)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金（52472302、22105146、52331009、2024YFA1509500和52272088）項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202509720.