電催化二氧化碳還原（eCO2RR）生產高附加值化學品（如CO、C2H4、C2H5OH、CH3COOH等）是緩解現代社會能源危機和溫室效應的重要途徑之一。然而，高效的eCO2RR催化劑對更小的粒徑以及更大的比表面積的要求需要使用適當的基底來負載。然而傳統的基底往往只能將催化劑加載在顆粒表面，由此產生的催化活性中心也僅限于基底的表面催化劑負載位點，基底內部的晶格空間無法得到有效的利用，反應效率大大降低。此外，表面加載模式下弱的催化劑-基底相互作用很難在嚴苛的電化學循環條件下保持催化劑的整體長期穩定性。因此，利用先進的配置設計，激活基底的更多晶格位點以加載各種形式的催化劑，并同時增強催化劑-基底相互作用對提升eCO2RR催化劑的性能十分重要。
近日，溫州大學王舜/袁一斐/呂晶晶教授課題組在國際頂級期刊《Advanced Materials》發表題為“Seeding Atomic Silver into Internal Lattice Sites of Transition Metal Oxide for Advanced Electrocatalysis”的論文。該工作利用隧道結構的α-MnO2作為基底，將Ag原子鏈引入α-MnO2隧道內部，并且在MnO2表面通過共享晶格外延生長負載了Ag納米顆粒，從而制備了雙位點Ag催化劑。通過開發過渡金屬氧化物晶格內部的催化劑負載位點，可以大大增加基底的催化活性中心，提高電催化二氧化碳還原的效率，并且隧道內部的催化劑由于金屬離子-基底間的協同作用，導致其中間反應過程中的能壘顯著降低。更重要的是，MnO2對內外的Ag催化劑物種均具有很強的約束作用，可以抑制Ag的團聚，從而提高催化劑的循環壽命。
基于此，在堿性流動池中測試eCO2RR性能，AgNP@Ag/K-MnO2催化劑表現出高選擇性（法拉第效率94%）、產率（67.3 mol/g/h）、部分電流密度270 mA/cm2和長期耐久性（在50 mA/cm2下約48小時），超過了商業Ag納米顆粒（Ag NPs）和目前報道的大多數Ag電催化劑。本研究結果闡明了用于eCO2RR的先進催化劑的關鍵結構-性能關系。我們也期望它能夠激發未來基于TMOs的催化劑的先進設計，考慮利用其內部晶格空間以最大程度地提高催化活性位點，而不是僅僅只局限在基底的表面位點。
相關研究結果發表于近期的《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202312566），溫州大學為第一通訊單位，化學與材料工程學院宋文君（博士生）、李成航（碩士）、尹若楠（碩士）為共同第一作者，溫州大學王舜、袁一斐、呂晶晶教授為該論文共同通訊作者，相關工作受到國家自然科學基金（52072273, 52201227, 52331009）和浙江省自然科學基金（LQ23B030001）項目以及溫州大學2023年博士研究生創新基金（3162023002001）的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202312566
