近年来，将CO2催化转化为高附加值化学燃料（如CO，甲酸，甲醇，乙醇等）是催化和能源领域的研究热点。CO2还原这些年的发文量非常大，笔者课题为电催化CO2RR，很好奇自己研究方向哪些研究论文成为高被引。为此，我们盘点了2019年以来关于电催化还原CO2被引次数排在前十的研究性论文（基于Web of Science)，供大家一起交流学习。
1. Science: 原子分散Fe3+位点有效催化CO2电还原为CO 被引110+电化学还原二氧化碳（CO2）是一种可将间歇性可再生太阳能和风能存储在碳基燃料和化学品中，从而减少CO2的排放的最有前景的方法之一。为了实现高能量效率和大规模生产，该反应需要在低的过电势下快速选择性的发生。大量的电还原CO2催化剂已经被开发出来，其中金（Au）和银（Ag）在较低的过电势下具有较高的一氧化碳（CO）效率（超过90％）。但是目前仅由地球含量丰富元素所组成的催化剂通常对CO2还原的选择性较低。如今，由于单原子催化剂表现出了不同于纳米颗粒和分子络合物的性质和活性而受到广泛关注。据报道，铁（Fe），钴（Co）和镍（Ni）单原子催化剂具有与Au和Ag催化剂相当的法拉第效率。但对于这些非贵金属催化剂，要获得相同的jCO电流密度，则需要更大的过电势。因此，来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）胡喜乐教授团队和台湾大学陈浩铭教授课题组报道了一种分散的单原子铁位点催化剂，该催化剂在低至80 mV的过电势下产生CO。在340 mV的过电势下，部分电流密度可达到94 mA/cm2。Operando X射线吸收光谱显示活性位点是与氮掺杂碳载体上的吡咯氮（N）原子所配位的离散Fe3+离子，在电催化过程中仍能保持+3氧化态。电化学数据表明，Fe3+位点比常规的Fe2+位点具有更快的CO2吸附和较弱的CO吸附能力，从而具有优越的活性。https://science.sciencemag.org/content/364/6445/1091/tab-pdf DOI: 10.1126/science.aaw75152. Joule：单原子镍催化剂高选择性电催化CO2还原 被引80+化石燃料的大量消耗以及二氧化碳（CO2）的过量排放加剧了全球环境问题，严重地限制了人类文明可持续发展的潜力。开发清洁能源转换技术成为解决这些挑战的当务之急。在温和的条件下将电化学CO2还原反应（CO2RR）与可再生电源结合在一起，将是一种具有应用前景的策略，在减少二氧化碳排放的同时，也产生具有附加值的燃料和化学品。在各种CO2RR路径所产生的产物中，例如C1（CO，甲酸，甲烷等），C2（乙烯，乙醇等），或C3（正丙醇等），将CO2转化为CO由于其具有相对较高的选择性和大电流密度，以及从液态水中容易分离出来，因此是最有前景的应用之一。尽管最近开发出各种催化剂选择性将CO2还原为CO方面取得了突破，但这项技术的最终实际可行性仍取决于CO2RR工艺的规模化，该工艺仍处于起步阶段，催化剂成本，产品选择性，大规模生产以及长期稳定性仍具有很大挑战。因此，哈佛大学的汪昊田课题组报道了一种低成本高产量制备单原子镍催化剂的简单方法，以低成本的炭黑为载体，通过煅烧方法将Ni单原子高分散并负载到炭黑上，制备了高选择性和高活性的电还原CO2催化剂。该催化剂能够达到100 mA/cm2的电流密度，选择性接近100%，将该工作电极比例放大到10*10 cm2膜电极反应装置中，平均电流很容易达到8 A，同时能够维持高的CO产出效率（3.42 L hr-1）。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118305063DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.0153. Nature catalysis: 理论指导下的Sn/Cu合金化，可在低过电势下高效电还原CO2 被引70+ 电催化CO2还原是一种将CO2转换为燃料和化学品最有希望的技术之一，尽管直接电合成多碳产物的技术经济可行性要求具有较低的过电势，但单碳产物（例如CO和甲酸盐）的高催化效率和产率则更有希望用于目前实际生产。甲酸盐是一种具有高能量密度的液体燃料，被认为是燃料电池应用中有用的氢载体。但CO2RR高选择性地产生甲酸所需的电势通常较高（相对于可逆氢电极RHE为0.9 V）。目前产生甲酸的催化剂主要有Cu, Sn, Pb, Pd和Co，然而，这些催化剂仍不能满足在低过电势下具有高选择性以及耐用性。Sn基催化剂已被证明对CO2RR产生甲酸具有很好的选择性。但是，它们仅在狭窄且高阴极电势下显示出良好的选择性。Cu虽然在高过电势下对进一步还原的产物具有选择性，但在低过电势下也表现出显著的甲酸盐选择性。合金化作为一种有效的手段去调整产物选择性已经被广泛使用。基于此，斯坦福大学的崔屹教授团队在密度泛函理论计算的指导下，研究了铜和锡合金化对活性和对甲酸选择性的影响。对反应能的理论热力学分析表明，将铜掺入锡中可以抑制氢的释放和CO的产生，从而有利于生成甲酸。与理论结果一致，通过共电沉积设计的CuSn3催化剂，在-0.5 V vs. RHE时对甲酸生成的法拉第效率为95％。此外，催化剂在运行50小时后未发生分解。原位Sn L3边缘和Cu K边缘X射线吸收光谱表明电子供体是从Sn到Cu，这表明在CO2还原过程中，CuSn3中的Sn是正氧化态。https://www.nature.com/articles/s41929-018-0200-8DOI: 10.1038/s41929-018-0200-84. Nature communications: 级联锚定策略大规模制备高负载量单原子金属-氮催化剂 被引60+ 单原子催化剂（SAC）同时具备均相催化和异相催化的特性，亦在两者之间架起桥梁，从而成为了催化领域的研究热点。单原子催化剂与均相材料相比，具有优异的稳定性和循环性，与异相材料相比，具有优异的催化活性和选择性。然而，在制备以及应用过程中活性原子易于迁移和聚集，使得单原子催化剂的可控制备存在很大挑战。在单原子催化剂中，锚定在碳基底上产生M-Nx结构的单原子金属氮类催化剂受到了研究人员广泛关注，特别是在电催化领域。目前，SAC的一大挑战是单原子位点的浓度低，因此需要寻求一个负载量和金属聚集的平衡点。由于M-N键合的形成通常需要高温，金属原子更容易发生迁移和聚集，这对于实现具有高金属负载的M-NC SAC具有挑战性。另一个挑战是M-NC SAC的大规模生产。因此，为了解决上述问题，中科院的胡劲松研究员等人通过普适性的级联锚定策略制备出多种M-NC SAC（M=Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo和Pt等），金属负载量可高达12.1 wt％。研究表明，金属离子的螯合，高负载时螯合配合物的物理分离以及在高温下与N物种的结合对于实现高负载M-NC SAC至关重要。通过一系列的对照试验证明了级联保护的有效性。制备的Fe-NC SAC具有优异的ORR电催化活性和耐久性。而Ni-NC SAC表现出高的CO2还原电催化活性。其他M-NC SAC（M=Mn、Co、Cu、Mo和Pt等）的通用合成表明，这种方法适用于广泛应用不同的螯合剂、基材和金属源，这些材料有望用于电催化和多相催化等领域。https://www.nature.com/articles/s41467-019-09290-yDOI: 10.1038/s41467-019-09290-y5. Angew: 孤立的双原子镍铁金属-氮位点，用于协同电还原CO2 被引60+
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