电催化二氧化碳还原反应（CO2RR）作为实现碳中和目标的关键技术路径，其产物选择性调控与催化剂稳定性提升是当前催化科学领域的重要挑战。其中，二氧化碳向一氧化碳的定向转化因在能源生产、资源利用、减缓气候变化、促进循环经济等多方面的重要作用而备受关注。镍基催化剂因其低成本和高活性成为研究热点，但现有Ni基电催化材料仍面临两大挑战：其一，在宽电位窗口内难以维持高CO选择性（常伴随析氢副反应）；其二，活性位点结构不均一（性能与机理研究面临挑战）。
近期，我校姚传好教授团队基于在原子精确金属团簇领域的研究结果（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 28572; Nano Lett. 2024, 24, 13054; Nanoscale2024,16, 4563.J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 14248; Nat. Commun. 2020, 11, 4389）与中国科学技术大学严欢教授团队开展合作研究，报道了一种通过金属团簇“预沉积+热解”策略制备高效Ni基电催化剂的普适性方法：采用原子精确的Ni团簇（Nin(SR)2n，n = 5, 6, 9, 10, 11,12）为前驱体，并利用团簇表面的硫配体原位刻蚀氮掺杂碳载体，形成均匀大空位结构以锚定NiN2活性位点。这种高度有序的结构不仅有利于中间体的可控吸附与脱附，还能显抑制催化过程中的析氢副反应，实现了电催化CO2还原制CO的超高活性和选择性。该催化剂在1500 mV的宽电位窗口内保持近100%的CO法拉第效率，转换频率（TOF）高达350,000 h-1，远超当前已报道的Ni基催化剂。同时，在高电流密度条件下，该催化剂仍表现出优异的稳定性与CO2转化效率，展现出极佳的工业应用前景。机理研究表明，NiN2结构通过调控中间体的吸附强度，有效优化了能量势垒，提升了产物脱附速率，并在整个工作电位区间内显著优先吸附CO2分子，从根本上实现了对析氢副反应的抑制。
相关研究成果以“Atomically precise Ni clusters inducing active NiN2 sites with uniform-large vacancies towards efficient CO2-to-CO conversion”为题，在线发表在国际顶级期刊——《Nature Communications》上。
福建师范大学为论文共同通讯单位，我校海峡柔性电子（未来科技）学院的研究助理向慧鑫为本论文共同作者、姚传好教授为共同通讯作者。该研究得到福建师范大学引进人才启动基金、福建省自然科学基金（2024J01300）宁波市自然科学基金（202003N4005）等项目的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59079-5
