东南大学Angew：共价疏水单原子催化高效碳还原

本研究针对水系电催化CO2还原中传质受限、析氢反应竞争及催化剂界面水淹等核心难题，提出了一种共价调控催化剂本征微环境的新策略。研究团队以氮掺杂中空碳纳米球负载Ni-N4单原子位点为基础，通过氯硅烷反应将不同长度的烷基链共价接枝到碳表面，制备了系列共价疏水化Ni单原子催化剂。其中，C2烷基链修饰的Ni-N4/C2-NCNS在流动电解池中实现了近100%的CO选择性，在宽电位范围内CO法拉第效率超过90%，CO分电流密度达125.2 mA cm⁻²，且析氢反应贡献低于1%。机理研究表明，适度疏水的烷基链降低了活性位点附近界面水覆盖度，重构了局部溶剂化环境，从而抑制了析氢反应并促进了*COOH中间体的形成与转化。该策略通过化学整合方式将疏水功能稳定置于催化剂结构中，避免了物理疏水层易脱落、堵塞活性位等问题，并验证了适度疏水而非过度疏水才是最优界面状态。这项工作将催化剂设计从活性位点优化拓展至微环境共价调控，为高性能CO2电还原及其他气体参与的水系电催化反应提供了新思路。