金属有机骨架(Metal－Organic Framework, MOF) 是一种由金属中心与有机配体自组装而成的、具有三维网状有序孔结构的新型多孔晶体材料，其中具有配体缺陷的UiO-66作为负载过渡金属单原子的良载体，在电催化CO2还原的研究中取得进展。该工作以“Ultrastable nickel single-atom catalysts with high activity and selectivity for electrocatalytic CO2 methanation”为题发表在中国领军期刊《Nano Research》(SCI一区，IF:10.269)上。第一作者为2020级硕士研究生田玲婵，指导教师为朱纯教授和梁锦霞教授。
该课题组通过第一性原理计算，研究了非贵金属催化剂Ni1/UiO-66-NH2对CO2电催化还原为不同产物（HCOOH、CO、CH3OH和CH4）的活性和选择性，基于缺陷UiO-66-NH2最稳定的结构，评估了一系列金属（M = Fe, Co, Ni, Cu; Ru, Rh, Pd, Ag; Os, Ir, Pt, Au）单原子（SA）锚定在缺陷UiO-66-NH2上的稳定性。研究表明Ni是最稳定的金属单原子结合在缺陷UiO-66-NH2上形成单原子催化剂（SAC） Ni1/UiO-66-NH2。对Ni1/UiO-66-NH2电催化 CO2还原反应（CO2RR）机理的研究表明，CH4优先在Ni1/UiO-66-NH2上生成，最优反应路径为CO2 → *HCOO → * HCOOH → *CHO → *CH2O → *CH2OH →*CH3OH →*CH3 → CH4，电位决定步骤（PDS）为*HCOO → *HCOOH反应，极限电位为-0.24 V。此外， Ni单原子价态的变化在促进CO2还原为CH4中起着重要作用。本工作从理论上预测了一种新型的对CO2RR具有高活性和选择性的非贵金属单原子电催化剂Ni1/UiO-66-NH2。
文章链接：https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-023-5640-z