近期，田新龙教授团队在纳米能源领域Top期刊《Small》（IF = 15.153）发表题为《Ultrathin Nitrogen-doped CarbonEncapsulated Ni Nanoparticles for Highly Efficient Electrochemical CO₂Reduction and Aqueous Zn-CO₂Batteries》的研究论文，海南大学化学工程与技术学院2021级博士生王芳园为论文第一作者，邓培林副教授、吴道雄副教授、田新龙教授为论文共同通讯作者。

电化学CO₂还原反应（CO₂RR）因其在降低大气中CO₂浓度、实现人类社会碳中和方面的潜在优势，在近十年来引起了广泛的关注。根据热力学过程，CO₂分子分别通过2-、6-、8-和12电子转移途径转化为CO、HCOOH、CH₃OH、CH₄和C₂H₄，更多的电子转移意味着更高的储能效率，但较低的产品选择性和高的输入功率仍然不能满足CO₂RR的商业要求。因此，通过CO₂RR将CO₂转化为CO电子转移途径的过电位较低，产物选择性接近100%，被认为是目前最接近商业化的途径。

田新龙教授团队提出了一种通过简单的硬模板策略来制备具有核-壳结构的Ni@N-C催化剂，其中镍纳米颗粒（Ni NPs）被薄的氮掺杂碳壳（N-C）包裹。Ni@N-C催化剂达到了236.7 mA cm⁻²的工业电流密度，在−1.1 V vs. RHE时CO法拉第效率高达97%。此外，Ni@N-C可以驱动最大功率密度为1.64 mW cm⁻²的Zn-CO₂电池，并且电池的循环稳定性较为优异。通过理论研究，这些优异的性能归因于Ni@N-C的协同效应，即Ni NPs可以调节N掺杂碳壳层的电子微环境，有利于提高CO₂的吸附能力和电子传递能力，进而理论计算表明，位于Ni原子层顶部的N-C结合构型（Top-Ni@N-C）热力学最稳定，对COOH^*的形成和CO的解吸的能垒最低。这项工作为寻找高效、有价值的CO₂RR和Zn-CO₂电池电催化剂提供新的策略。

该项工作得到了海南省自然科学基金（222RC548，222MS006）、国家自然科学基金（22109035，52164028，52274297）、海南省电化学储能与能量转换重点实验室开放项目（KFKT2021007）、海南省研究生创新研究课题（Qhyb2022-89，Qhyb2022-87，Qhys2022-174）海南大学科研启动基金（KYQD(ZR)-20008, 20084,21125）和海南省巨东英院士工作站资金资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202301128