化石燃料的過度消耗引起巨大的能源和環(huán)境問題，而電催化CO₂轉(zhuǎn)化制備高價值燃料和化學(xué)品的技術(shù)為緩解能源和環(huán)境問題提供了理想途徑，尤其在開發(fā)廉價、豐富的CO₂還原電催化劑方面具有重要意義。中國科學(xué)院化學(xué)研究所張建玲課題組對廉價的錳基催化劑用于電催化CO₂還原方面進行了深入研究，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年7月的《自然通訊》(Nature Communications, 2019, 10: 2980)上，并被編輯選為亮點論文。 

　　錳是過渡元素中僅次于鐵和鈦的第三種高天然豐度元素，但在多相催化CO₂還原中的研究較為有限，且其活性遠低于已報道的Fe、Ni、Co等金屬基多相催化劑。該研究組通過設(shè)計鹵素（Cl, Br, I）和氮雙配位的錳原子催化劑，證實該結(jié)構(gòu)可以改善錳原子的電子結(jié)構(gòu)從而顯著提高錳基多相催化劑的在CO₂還原過程中的電催化活性。該催化劑用于CO₂電催化還原反時，在過電位為0.49 V時，可以達到最高97%的CO法拉第效率，同時CO生成頻率高達38347 h^-1。 

　　圖1 錳催化劑的結(jié)構(gòu)及其電催化CO₂還原機理研究。 

　　利用北京同步輻射裝置（BSRF）1W1B-XAFS實驗站開展的X射線吸收譜分析獲得活性中心錳的原子配位結(jié)構(gòu)，即錳與一個氯和四個氮原子配位（圖1a-c）。進一步通過在電催化過程的原位X-射線吸收譜，結(jié)合密度泛函理論計算（圖1d-i），揭示了氯元素的配位可以修飾活性錳原子在催化過程中的電子結(jié)構(gòu)，使催化過程的中間體形成的自由能位壘大大降低，從而大大提高了CO₂的還原性能。該工作中，同步輻射技術(shù)在揭示材料深層次結(jié)構(gòu)和原位跟蹤催化反應(yīng)方面發(fā)揮了重要作用。 

　　發(fā)表文章： 

　　Bingxing Zhang, Jianling Zhang,* Jinbiao Shi, Dongxing Tan, Lifei Liu, Fanyu Zhang, Cheng Lu, Zhuizhui Su, Xiuniang Tan, Xiuyan Cheng, Buxing Han, Lirong Zheng and Jing Zhang, Manganese acting as a high-performance heterogeneous electrocatalyst in carbon dioxide reduction. Nat. Commun., 2019, 10, 2980.