近日，东北林业大学徐明/崔亭亭教授团队和中南大学雷永鹏/海大王浩志/重大涂云川团队联合提出B、N共配位的双原子催化剂设计策略显著增强了双金属位点之间的电子协同作用。相关成果以“Metalloid Coordination Reinforcing Electronic Synergy in Dual-Atom Sites for Large-Scale CO₂Electrolysis”为题刊登在国际期刊《Angewandte》上。文章第一作者为东北林业大学崔亭亭教授。

本研究通过引入类金属B并构筑B、N共配位的双原子位点结构，提出了一种增强双金属位点之间电子协同作用的策略。以Ni-Fe双原子催化剂为例，NiFe/BNC催化剂在MEA电解池中表现出优异的CO₂还原性能，在200 mA·cm^-2电流密度下CO的法拉第效率（FE_CO）达到99%，全电池能量效率为55.7%，明显优于传统氮配位的NiFe/NC催化剂。在电解池面积为100 cm²的MEA电解池中，该催化剂在1-6 A的电流下仍保持95%以上的FE_CO。此外，该催化剂在极端条件下（−53 ℃、50-250 mA·cm^-2）亦具有较好的CO₂电解性能，FE_CO仍可保持在98%以上。通过一系列的表征测试与DFT计算研究发现，与弱相互作用的NiFe/NC催化剂相比，B、N共配位结构诱导了Fe向Ni的电子转移过程，形成富集电子Ni位点，利于*COOH中间体的生成，而失去电子的Fe位点则更利于CO的脱附，二者的协同作用进一步提升了CO₂还原性能。该设计策略已成功扩展至多种双金属体系，为双原子催化剂的设计提供了新的思路。

本研究提出的B、N共配位的双原子催化剂设计策略显著增强了双金属位点之间的电子协同作用。合成的NiFe/BNC催化剂在工业级MEA电解CO₂体系中展现出了优异的性能：全电池能量效率达55.3%，FE_CO为99%。与传统氮配位NiFe/NC催化剂相比，B、N共配位结构诱导了从Fe到Ni的反向电子逆转移过程，有利于*COOH中间体形成和CO脱附，从而提升了双位点催化剂CO₂还原反应活性。该策略还适用于Ni–Cu、Ni–Co、Ni–Mn等其他双金属体系，为设计新一代高效双原子电催化剂提供了重要指导，并为电催化CO₂还原在工业规模和极端环境下的应用探索了新方向。