电催化二氧化碳（CO₂）复原为高附加值的碳氢燃料等化学动力被以为是完成“碳中和”的一种无效办法。但，由于CO₂分子具有高波动性和电催化历程中存在析氢副反响，因而，开辟高效和高选择的CO₂复原电催化剂火烧眉毛[huǒ shāo méi máo]。比年来，单原子催化剂因其高原子使用率、明白的活性位点和共同的电子布局，已普遍使用于电催化CO₂复原反响。但是，单原子催化剂的活性位点单一，通常体现出高反响能垒和低催化活性。相比之下，双原子催化剂既体现出同于单原子催化剂的特点，相邻金属之间又能发生协同催化效应，进而进步催化服从。众所周知，催化剂的催化活性与活性位点的电子布局亲密相干，调控金属活性中心的配位情况可调控其电子布局，进而优化催化活性。但，经过配位情况工程调控双原子催化剂的电子布局优化电催化CO₂复原活性的研讨事情报道较少。

克日，天津理工大学鲁统部、钟地长传授团队报道了一步将双核镍共同物、双氰胺和炭黑热解制备一系列双原子镍催化剂的战略。起首，将反响质料举行球磨混淆匀称，其次，在热解历程中，调控热解温度，取得了三种差别配位情况的双原子镍催化剂（图1）。从透射电子显微镜（TEM）图中可以看出，没有分明的金属纳米颗粒存在（图2a），能量色散X-射线能谱（EDS）表现了高疏散的C、N和Ni元素（图2b）。球差电镜（HAADF-STEM）可观察到少量原子存在于炭黑载体上，并发明一些间隔约为3.1 Å的原子对，确认了双原子镍的存在（图2c-2e）。别的，使用相反战略制备了单原子镍催化剂，并经过HAADF-STEM对其举行了表征（图2f和2g）。

进一步，使用X射线吸取谱（XAS）表征了双原子镍和单原子镍催化剂中Ni的存在形态和配位情况。Ni的K边X-射线近边吸取（XANES）谱标明，Ni原子的价态位于0和+2价之间（图3a），扩展边X-射线精密布局（EXAFS）谱和小波变更证明白Ni在双原子镍和单原子镍中均以原子级疏散情势存在（图3b和3c），EXAFS拟合确定了Ni₂-N₇, Ni₂-N₅C₂，Ni₂-N₃C₄ 和Ni-N₂C₂的配位构型（图3d-3g）。在双原子镍催化剂中，随着热解温度降低，Ni中N配位数增加，Ni的价态低落（图3a），标明经过配位情况工程可调控双原子催化剂的电子布局。

电催化CO2复原功能表现，比拟于Ni₂-N₇, Ni₂-N₅C₂ 和Ni-N₂C₂，Ni₂-N₃C₄在0.5 M KHCO₃溶液中具有最高的电流效应（图4a）。恒电位测试可以看出，Ni₂-N₃C₄体现出最高的CO法拉第服从（在-0.88 V时到达98.9%）（图4b）。同时Ni₂-N₃C₄具有最高的CO电流密度（图4c），别的，Ni₂-N₃C₄也体现出优秀的催化波动性（图4d）。

密度泛函实际（DFT）盘算标明，Ni₂-N₃C₄催化CO₂复原天生CO的决速步自在能垒最低（图5），同时具有符合的COOH*和CO*联合能，因而体现出最高的催化活性，这项研讨无望为设计高效的双原子催化剂提供新思绪。