近日，合肥综合性国家科学中心能源研究院氢氨中心“中碳创新平台”范壮军团队联合中国石油大学（华东）王林副教授团队在CO₂加氢制甲酸高效催化剂研究中取得新进展。相关成果在材料领域权威期刊Advanced Powder Materials（影响因子26.8）发表题为Coordination engineering directs d-band center optimization for efficient CO₂ hydrogenation to formic acid on Ir–Nx single-atom catalysts的研究论文。

将大气中的CO₂与绿氢转化为甲酸，既能实现碳资源循环利用，又可完成氢能储存，是推进碳中和的重要途径。然而该反应存在CO₂活化能垒高、关键反应中间体难以稳定、催化中心易脱落或团聚等难题，极大制约了催化剂活性、选择性与稳定性。研究团队以Ir单原子催化剂（SACs）为模型，通过精准调控Ir活性中心的N配位数（x = 4、3、2），提出了低配位的Ir–N?位点具有高的电子密度（Ir电荷为0.379 e）和适宜的d带中心（–1.62 eV），进而实现CO₂高效转化甲酸（TON高达19400），其性能优于已报道的大部分同类催化剂。同时，该催化剂设计有效地降低了反应能垒（73.5 kJ·mol?1）并稳定HCOO*中间体，实现无CO等副产物的高选择性转化（接近100%）。

该策略不仅实现了配位工程对电子结构的有效调控，更通过建立配位几何与催化性能之间的内在关联，为CO?加氢体系中高性能单原子催化剂的理性设计提供了可推广的理论框架。

图1. Ir–N₄ SACs、Ir–N₃ SACs和Ir–N₂ SACs的理论模型及电子结构特征

图2. Ir–N₄ SACs、Ir–N₃ SACs和Ir–N₂ SACs的催化性能测试