将二氧化碳（CO2）电化学转化为增值化学品是利用可再生能源和实现碳中和的一种很有前途的技术学术论文 。然而，在工业电流密度下实现所需产物的高效稳定生成一直受到竞争性析氢反应（HER）的阻碍。近年来，通过晶界工程、非均相原子掺杂、高熵效应等广泛研究了在CO2还原反应（CO2RR）过程中抑制HER的策略。虽然在中性或碱性条件下取得了显著进展，但在酸性介质中，CO₂RR性能往往较差，这主要是由于活性位点上质子还原的起始电位较低。因此，鉴于所涉及的气-固-液反应界面的复杂性，深入了解潜在机制对于有效抑制HER至关重要，从而在宽pH范围内提高CO2RR性能。
近日，化材学院校王舜/金辉乐/王娟团队以及厦门大学黄小青教授在国际顶级期刊《Advanced Materials》发表题为“Fluorine–Mediated Interfacial Microenvironment for Boosting pH–Universal CO2 Reduction.”的学术论文学术论文 。在这项工作中，使用缺陷辅助策略成功的将镍物种（单原子和原子簇）锚定在氟碳基材（FC）上，通过构建单原子耦合原子团簇策略制备得到了高效稳定的CO2RR电催化剂，优化后的Ni/FC在酸性、中性和碱性电解质中表现出优异的FECO，分别为92.0%、99.1%和98.8%。相反，当F元素不存在时，HER过程占主导地位。更重要的是，Ni/FC可以在宽pH范围内保持优异的FECO。值得注意，在工业电流密度（200 mA cm-2）下能稳定运行3000小时，明显优于最近在不同电解质条件下报道的电催化剂。结合密度泛函理论（DFT）计算、原位红外光谱（ATR-FTIR）以及原位增强拉曼测试表征全面揭示了引入F后FECO增强和FEH2抑制的内在原因：F的高电负性将导致正Cδ+中心的形成，这会抑制氢的吸附，提高界面水的离解能垒，从而抑制竞争性HER过程（即正电碳Cδ+中心能够 “隔离”质子，抑制HER）。同时，气-固-液界面处产生的局部微环境有利于降低速率决定步骤（RDS）的能量势垒，从而促进CO2转化为CO。
图1. CO2RR过程中的Ni/FC和Ni/C示意图
温州大学为论文的第一通讯单位，化学与材料工程学院博士研究生毛挺杰和林大杰副教授为共同第一作者，我院王舜教授、金辉乐教授、王娟副教授以及厦门大学黄小青教授为共同通讯作者，相关工作受到国家自然科学基金（52472302、22105146、52331009、2024YFA1509500和52272088）项目的资助学术论文 。
原文链接：hts://doi.org/10.1002/adma.202509720.
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