西安交通大学化工学院胡超课题组通过调控氮掺杂碳纳米管上Zn活性物种的形态，证实单原子分散的Zn活性位点（Zn-N_x）比Zn纳米颗粒更有利于提升电催化还原CO₂合成CO的选择性，这为设计和制备用于电催化的碳基金属单原子催化剂提供了新的启示。

在过去几十年中，化石燃料作为最重要的能源，其大规模使用造成了过量CO₂被排放到大气中，因此造成了一系列的环境问题。利用可再生能源（太阳能、风能、潮汐能等）的电化学CO₂还原反应（CO₂RR）可以高效、绿色地解决CO₂转化问题，并生产出高附加值产品。具有完全暴露、高选择性和均匀分散活性位点等特性的单原子催化剂在解决二氧化碳再循环的这些挑战方面具有巨大潜力。单原子分散的金属和氮掺杂的碳材料（M-N-C，M=Fe、Co、Ni等）作为电催化剂已被广泛研究，证明它们可以有效地抑制析氢反应，并提高CO₂RR的法拉第效率。然而，关于Zn-N-C催化剂用于CO₂RR的报道仍然很少。此外，Zn基催化剂用于CO₂RR的真正活性点仍有争议，结构-选择性关系也需要进一步阐述。

基于此，西安交通大学化工学院胡超课题组研究了Zn基催化剂的结构参数对CO₂RR催化性能的影响。为此，他们合成并表征了一系列碳纳米管支撑的Zn基催化剂。在合成过程中，通过改变锌前驱体（即醋酸锌）的添加量来实现Zn含量的可调控性。一系列的对照试验揭示了锌基催化剂的结构和CO₂RR的选择性之间的关系。研究发现锚定在碳纳米管表面的Zn-N_x位点是选择性地将二氧化碳电转化为CO的重要活性位点，而Zn纳米颗粒对CO的选择性不如Zn-N_x位点。通过调控Zn-N_x位点在碳纳米管表面的分散密度，可将电催化CO₂RR合成CO的法拉第效率提升至97.3%，这比以前报道的Zn基催化剂高很多。这项工作证实了单原子Zn催化剂在电催化CO₂RR中的有效性，并揭示了Zn金属元素存在的形式对CO₂RR选择性的关键作用，为设计和制备用于电催化CO₂RR的单原子催化剂提供了新的启示。