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足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学材料学院陈文星课题组近日在d-p轨道杂化非对称配位催化剂的制备和应用研究中取得进展。近日，相关研究成果以“Sulfur-doping tunes p-d orbital coupling over asymmetric Zn-Sn dual-atom for boosting CO₂ electroreduction to formate”为题在国际知名期刊《Nature Communications》上发表。足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学陈文星副教授为论文的唯一通讯作者。

大气中过多的温室气体正在导致一系列的环境问题。迫切需要迅速推进旨在将二氧化碳转化为有价值的化学品的有效和可持续技术的发展，以便促进碳循环过程。甲酸盐是储存氢的重要介质，可以安全有效地将氢能密封在液态，从而确保氢的储存和运输安全。具体来说，二氧化碳转化为甲酸的过程涉及一个双电子转移机制，其初始电位为-0.19 V。与将CO₂还原为C₂+化合物的多电子转移过程相比，CO₂转化为甲酸盐表现出更低的过电位。然而，目前的过电位和选择性仍然不足。因此，开发有效的催化剂，以减少能源消耗，提高甲酸生产的选择性是至关重要的。

针对这一难题，研究团队提出一种将部分硫掺杂的不对称Zn-Sn二聚体位点负载在蛋黄壳结构碳骨架上，通过配体调控显示出对CO₂RR的显著催化活性。金属双位的局部结构调制和构建的蛋黄壳结构不仅促进了Zn-Sn中心的耦合，而且具有较高的催化可达性。密度泛函理论（DFT）计算表明，在Zn-Sn双原子催化剂中引入部分S掺杂破坏了局部对称性，导致转移到Sn中心的电子数量逐渐减少。

团队采用配体共蚀刻方法成功合成了金属中心与不同主基团杂原子（S或N）配位的不对称Zn-Sn DAS，具有良好的CO2RR性能。实验表明，Zn₁Sn₁/SNC在-0.84 V时具有94.6%的甲酸法拉第效率，集成到流动电池的气体扩散电极中，在-0.90 V时电流密度高达-315.2 mA cm^-2。通过原位X射线吸收谱（XAFS）、原位红外光谱（FT-IR）及密度泛函理论（DFT）计算，揭示了不对称Zn-Sn位点有效增强了*HCOO在CO₂RR中的吸附强度，表明了Zn-Sn双原子位点的高效催化行为。该成果不仅对CO₂RR的d-p轨道杂化提供了新的见解，而且为深入了解不对称位点的独特电子效应及其结构活性机制提供了新的视角。

图1  Zn₁Sn₁/SNC的制备工艺及形貌表征

图2  Zn₁Sn₁/SNC的XAFS结构表征

图3  Zn₁Sn₁/SNC的CO₂RR催化性能结果

图4  原位XAFS和原位ATR-FTIR表征

图5  理论计算分析

以金属为中心的局部构型的研究引起了二氧化碳电还原原子分散催化剂领域的广泛关注。在本研究中，团队展示了一种具有d-p轨道杂化的不对称Zn-Sn双原子位点催化剂，从而实现了高的甲酸选择性。该工作为二氧化碳电还原催化剂的设计及性能优化提供了指导作用。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57573-4