研究背景
由可再生电力驱动的电化学二氧化碳还原（ECR）有望将廉价和丰富的二氧化碳转化为增值化合物，同时也有助于实现可持续和低碳未来。通过2e-转移过程产生的CO是最有可能商业化的ECR产品。CO作为关键原料广泛应用于许多重要的工业过程中，包括水煤气反应、费托法和甲醇合成。CO2到CO的电化学转化可归纳为3个步骤：（1）CO2 + H+ + e−→*COOH；（2）*COOH + H+ + e−→*CO+ H2O；（3）* CO→CO + *。CO2到CO的转化通常受到第一质子耦合电子转移（PCET）形成*COOH的阻碍，这被认为是具有最高热力学势垒的决速步骤（PDS）。加速*H向CO2分子的生成和转移将是改善羰基中间体缓慢形成动力学的有效途径。为此，构建具有双活性中心的电催化剂是可取的，其中H吸附和CO2加氢都发生在空间隔离的位置，但彼此位于原子尺度内。优化H和CO2在不同的双活性位点上的吸附，可以加快*COOH形成的反应动力学，同时抑制竞争性析氢反应（HER），从而加快ECR。
本文要点
1. 报道了氢自由基（H•）转移机制，通过构建Ni配对的异双原子对促进加氢步骤，增强二氧化碳到一氧化碳的转化动力学。
2. Ni的配对金属（记为M）催化水/质子还原生成的吸附*H变为H•，将CO2还原为羧基自由基（•COOH）。随后，Ni在放热反应中吸附•COOH，从而降低CO2电化学氢化能垒。
图文内容
Fig. 1: DFT calculations on the ECR reaction mechanism of NiM-HDAC catalysts.
Fig. 2: Synthesis and characterization of NiCd−HDAC.
Fig. 3: Spectral characterization of NiCd−HDAC.
Fig. 4: ECR performance.
Fig. 5: The mechanism of hydrogen radical facilitated ECR reaction.
Fig. 6: Electrochemical and operando ATR-SEIRAS analyses for the NiCd–HDAC.
（图片来源：Nat. Commun.）
文献信息
Zhibo Yao, Xinyi Tan*, Simon Rufer, Ming Yang*, Zhenyu Sun* et al. Hydrogen radical-boosted electrocatalytic CO2 reduction using Ni-partnered heteroatomic pairs.Nat. Commun. 2024.
DOI：10.1038/s41467-024-53529-2
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53529-2
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