Transition metal-nitrogen-carbon (M−N−C) are considered as promising candidates for the electrochemical conversion of inert CO2 into high value-added CO products. However, previous reports have focused on Ni single-atom sites (Ni SAs) and the role of Ni nanoparticles (Ni NPs) in CO2 electroreduction reaction (CO2RR) has been overlooked. Herein, we prepared a series of Ni, N-codoped porous carbon (NiNC-T, T represents the temperature) catalysts by combining Ni phthalocyanine pyrolysis and acid etching strategy, which either contain only Ni SAs or both Ni SAs and Ni NPs. Notably, the NiNC-1100 catalyst with both Ni SAs and Ni NPs exhibited 99 % CO faradaic efficiency (FECO) at −0.66 V versus reversible hydrogen electrode (vs. RHE) and FECO above 98 % over a wide potential range (−0.66 V ∼ −1.06 V). Moreover, the FECO of NiNC-1100 remained above 95 % after 100 h of continuous electrocatalysis, which was significantly superior to that of the most advanced Ni single atom electrocatalysts. The systematic characterization results showed that the introduction of Ni NPs can promote the adsorption and activation of CO2 by increasing the electron cloud density of Ni SAs, thus enhancing the CO2RR catalytic performance.

中文翻译：

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高度稳定且富电子的 Ni 单原子催化剂，用于将 CO2 定向电还原为 CO


过渡金属-氮-碳 （M-N-C） 被认为是将惰性 CO2 电化学转化为高附加值 CO 产品的有前途的候选者。然而，以前的报道主要集中在 Ni 单原子位点 （Ni SAs），而 Ni 纳米颗粒 （Ni NPs） 在 CO2 电还原反应 （CO2RR） 中的作用被忽视了。在此，我们通过结合镍酞菁热解和酸蚀策略制备了一系列 Ni，N 共掺杂多孔碳（NiNC-T，T 代表温度）催化剂，它们要么仅包含 Ni SAs，要么同时包含 Ni SAs 和 Ni NPs。值得注意的是，在宽电位范围 （−0.66 V） 内，同时含有 Ni SAs 和 Ni NPs 的 NiNC-1100 催化剂在 -0.66 V 时表现出 99% 的 CO 法拉第效率 （FECO），而可逆氢电极 （vs. RHE） 和 FECO 在 98% 以上∼ −1.06 V）。此外，NiNC-1100 在连续电催化 100 h 后，FECO 保持在 95% 以上，明显优于最先进的 Ni 单原子电催化剂。系统表征结果表明，Ni NPs的引入可以通过增加Ni SAs的电子云密度来促进CO2的吸附和活化，从而增强CO2RR的催化性能。