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电化学二氧化碳还原（CO₂RR）是将CO₂转化为高附加值化学品、实现“碳中和”的重要路径。然而，该技术长期以来面临一个关键瓶颈：质子化过程动力学缓慢，严重制约反应效率与产物选择性。

为攻克这一难题，淮北师范大学代凯、邵春风团队联合天津工业大学刘敬祥、中国科学院张祥志构建了一种不对称Ni-Mn双原子位点催化剂（NiMn-SNC），将Ni与Mn原子精准锚定于S、N共掺杂碳骨架。该研究采用安徽吸收谱仪器设备有限公司的RapidXAFS 1M，结合原位红外与理论计算，揭示出Mn位点负责CO₂吸附活化，Ni位点则作为“活性氢泵”高效促进水解离与质子供给。更重要的是，S原子的引入显著调控Ni位点的电子结构，形成独特的Ni–S₁N₃配位构型，大幅降低水解离能垒，从而加速整个质子化过程。

得益于该协同机制，NiMn-SNC在流动池中表现出卓越的CO₂还原性能：在180 mA cm⁻²的高电流密度下，CO法拉第效率高达97.2%，并具备超过140小时的运行稳定性。该成果近期发表于《Nano Energy》，不仅为CO₂转化提供了高性能催化剂，更展示了通过先进表征手段如RapidXAFS解析双原子催化机制的关键作用。

背景介绍

随着全球碳排放问题日益严峻，CO₂RR是实现碳中和与资源化利用的关键技术之一。在众多还原产物中，CO不仅是关键中间体，更是一种重要的基础化工原料，具有广阔的应用前景。然而，该技术在催化过程中仍面临核心挑战：关键中间体*COOH的形成能垒过高，且反应体系的质子供给不足，严重制约了反应速率与产物选择性。因此，开发高效催化剂以降低质子化能垒已成为提高CO选择性的核心挑战。近年来，单原子催化剂由于其独特的配位/电子结构和显著的可调性，在CO₂RR领域显示出独特的优势。但其单一功能活性位点难以同时激活CO₂和H₂O分子，导致质子供应缓慢，严重限制了CO₂RR的整体效率以及反应速率。

本文亮点

图文解析

通过模板辅助热解法制备的NiMn-SNC呈现出三维多孔纳米片结构（图1b），AFM显示其厚度仅为约1.2 nm（图1c），有利于活性位点的充分暴露。HAADF-STEM图像（图1d）中观察到大量高亮度成对原子点，经3D重构（图1e）与统计分析（图1f）确认，72.9%的金属原子以双原子形式存在，且原子间距集中在0.25 nm（图1g），符合双原子催化剂特征。EDS元素分布图（图1h）证实了Ni、Mn、C、N、S元素在载体上的均匀分布。

借助安徽吸收谱仪器设备有限公司的RapidXAFS 1M设备，研究人员对Ni和Mn的K边进行了XANES与EXAFS测试。Ni K边吸收边位于Ni箔与NiO之间（图2a），表明其价态介于0与+2之间；Mn K边同样显示正价态特征（图2b）。通过定量EXAFS拟合（图2f,g），确定了Ni的配位环境为Ni–N（1.84 Å, CN=3.3）和Ni–S（2.24 Å, CN=1.3），而Mn仅与N配位（2.08 Å, CN=4.4）。WT-EXAFS分析（图2e）进一步排除了金属团簇的存在。这些数据得益于RapidXAFS的高分辨率与高光通量，精准揭示了Ni–S₁N₃和Mn–N₄的不对称双原子构型（图2h），为理解其协同机制奠定了结构基础。

在三电极H型电解池中，NiMn-SNC表现出最优的CO₂RR活性（图3a），在-0.9 V vs. RHE时，CO法拉第效率高达96.5%（图3b），CO分电流密度显著高于对比样品（图3c）。在模拟工业条件的流动池中（图3f），性能进一步提升，实现了97.2%的FECO和180 mA cm⁻²的高电流密度（图3g,h），并展现出超过140小时的超强稳定性（图3e）。其性能优于大多数已报道的双原子与单原子催化剂（图3d），凸显了其应用潜力。