调节M-N₄单原子催化剂的微环境是调节电催化还原CO₂性能的一种具有前景的方法。但是，如何能够再温和条件通过强共价化学键方式在M-N₄位点引入官能团具有较大的难度。

有鉴于此，西湖大学段乐乐等报道原位生成的二氟卡宾（F₂C:）与Ni-N4单原子之间能够发生[2+1]环加成反应，随后对Ni-N₄单原子位点实现表面氟碳化，生成超疏水Ni-N₄-CF₂催化剂。

主要内容

（1）

该反应能够在温和条件下进行，能够保证反应后Ni-N₄位点的几何结构和电子结构不变。在电催化还原CO₂为CO的反应中，Ni-N₄-CF₂催化剂在较宽的电势区间（-0.7 V~-1.3 V）都表现非常高的法拉第效率（98 %）。

（2）

通过原位光谱电化学表征，说明-CF₂-疏水环境导致带电催化剂界面形成氢键的不对称水分子，能够阻碍竞争HER反应，促进电催化CO₂还原为CO。这项工作说明[2+1]环加成反应对修饰氮掺杂碳基底的重要作用。

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Siyan Shu, Tao Song, Cheng Wang, Hao Dai, Lele Duan, [2+1] Cycloadditions Modulate the Hydrophobicity of Ni-N₄ Single-Atom Catalysts for Efficient CO₂ Electroreduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202405650

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202405650