来源：nature communications
不断升级的 CO2化石燃料消耗产生的排放加剧了气候变化和海洋酸化等环境危机，凸显了开发一氧化碳技术的紧迫性2捕获和利用电化学 CO2还原反应 （CO2RR） 提出了一种很有前途的转换 CO 的策略2转化为碳氢化合物和含氧化合物等增值产品，在潜在产品中，一氧化碳 （CO） 作为各种化学过程的重要原料具有特别重要的意义，包括通过费托合成生产甲醇、乙酸和碳氢化合物。目前，具有分离活性位点的单原子催化剂 （SAC） 因其在竞争性析氢中抑制 *H 组合的突出能力而引起了广泛关注。一系列原子被用作催化剂，从主族到过渡金属。
提高基于 SAC 的 CO 的效率2RR 到 CO，已经提出了许多策略来改善单线途径 （Metal-C） 的弱 *COOH 吸附，重点是配位数和原子种类的调节。然而，由于单线途径的 Metal-C 键较弱，因此在传统金属原子上实现强 *COOH 吸附本身就很困难。更重要的是，强*COOH 吸附可能导致 CO 解吸困难，因为这两种中间体通过共同的 Metal-C 键的结合强度呈正相关。因此，同时实现简单的 *COOH 吸附和 CO 解吸仍然是一个重大挑战，导致周转频率 （TOF） 在几千到几万的范围内受到限制，从而导致能源效率低和 CO2转换效率。
在这里，我们介绍了一种解决 CO 过程中这一基本瓶颈的方法2RR 到 CO.我们发现，整组非放射性镧系元素 （Ln） 金属都可以作为从 CO 生产 CO 的最佳催化剂，而不是依赖特定的原子来促进 *COOH 吸附和 CO 解吸2RR.Ln 金属的大原子尺寸（超过碳原子的两倍）可显著减轻双线（桥）吸附的空间位阻效应。同时，Ln 金属的嗜氧性通过 *COOH 的 Metal-C 和 Metal-O 键合模式促进强桥吸附的形成。最重要的是，Ln 原子的可变配位数赋予了它们在 CO 过程中从 *COOH 桥吸附到 *CO 线性吸附的转变能力2RR 进程。规避了 *COOH 和 *CO 之间的缩放关系。
尽管 Ln 系列的原子序数各不相同（从 57 到 71），但我们实现了包含 14 个 Ln 的 SAC，其中 CO 法拉第效率超过 90%，突出了这种机制的普遍适应性。以铒 （Er） 为代表 SAC，我们通过密度泛函理论 （DFT） 计算、原位衰减全反射红外光谱 （ATR-IR） 和 Er L 阐明了有利的 *COOH 桥吸附和 CO 解吸3- 边沿 XAS 测量值。因此，使用 Er SAC 制造的流通池表现出约 130,000 小时的高周转频率 （TOF）−1在
500 mA cm−2，在 200 mA cm 处实现了 34.7% 的全电池能效和 70.4% 的单通道碳效率 （SPCE）−2用于 CO 生产。