不同金属中心的单原子催化剂材料-卟啉基MOF材料的衍生物

我们构筑了一系列同构的卟啉基MOF材料，通过改变金属卟啉配体中心金属的种类，构筑了一系列同构的卟啉MOF，通过衍生之后获得了一系列具有不同金属中心（Fe, Co, Ni, Cu）的碳基单原子催化剂材料 （Scheme 1）。卟啉中心金属的改变并未影响MOF的结构和形貌，借助于MOF前驱体和它的衍生材料结构上的继承性，获得的一系列单原子催化剂材料。除单原子金属种类之外，其他理化性质（形貌，成分，孔结构等）同样可以保持一致。这些催化剂除了金属物种不同，金属负载量、配位环境、比表面积、孔尺寸等均保持一致，从而实现了**的变量控制。

基于得到的一系列单原子催化剂材料，我们研究了他们在纯的CO2氛围下的电催化性能。通过实验可以发现，Ni1-N-C材料在众多单原子催化剂材料中，表现出了的CO选择性、TOF值以及Tafel斜率，

在CO2电催化还原生成CO的多步基元反应中，Ni1-N-C相较于其他单原子催化剂，具有COOH*形成和CO脱附的能垒，**的促进了CO2的转化和产物的脱附，预示着其具有最高的CO2电催化还原的活性。另外，通过对比不同材料CO2还原和析氢反应的决速步电势差（UL(CO2)-UL(H2)），可以看出Ni1-N-C的**析氢竞争反应，从而表现出CO2还原的选择性 

在该模型体系构筑的基础上，我们研究了不同单原子材料电催化CO2还原性能， 在纯CO2条件下， Ni1-N-C表现出CO选择性。进一步，Ni1-N-C在更具有挑战性的低浓度CO2还原中，甚至可以在30%和15%的CO2浓度下保持其CO选择性，表明了Ni1-N-C在电催化CO2RR的优势。