中南大学熊禹团队联合南航、东南大学Angew. Chem.：Re-Ni双原子催化剂的双齿吸附模式实现CO₂电还原超低过电位

背景：全球气候变化加剧，亟需高效转化CO₂为高值化学品，电化学CO₂还原（eCO₂R）作为碳中和关键路径，面临反应动力学迟缓、过电位高及析氢竞争等瓶颈。传统Ni单原子催化剂因*COOH吸附构型不利导致反应能垒高。受天然一氧化碳脱氢酶（CODH）Ni-Fe双金属协同催化启发，研究旨在开发双原子催化剂以突破单一金属位点限制。研究目的：设计并制备一种Re-Ni双原子催化剂（ReNi-N/C），模拟CODH双金属协同模式，探讨其能否实现超低过电位下的高效CO₂还原，并揭示双原子对的协同催化机制。结论：研究成功构建了ReNi-N/C催化剂，在流动池中于0.16 V超低过电位下获得−27.0 mA cm⁻²的CO部分电流密度，起始电位仅−0.23 V，且在宽电位窗口内FEco>95%，稳定性超27小时，膜电极组件中稳定运行52小时。原位光谱与DFT计算揭示，Re-Ni原子对通过双齿吸附模式（C吸附于Ni，O吸附于Re）大幅降低*COOH生成能垒至0.61 eV，并下移Ni的d带中心促进*CO脱附，协同抑制析氢反应。该工作为设计低过电位CO₂还原电催化剂提供了新思路。