この点での重要なブレークスルーは、M-N-C材料の触媒活性を高める上で隣接する原子の顕著な役割の発見でした。通常、金属中心に調整されたこれらの隣接する原子は、活性部位の電子構造と反応性に深い影響を及ぼします。
重要な側面の1つは、金属中心の電子修正です。隣接する原子は、金属イオンの電子密度と酸化状態を変化させる可能性があり、それにより、Co₂分子との相互作用を調節することができます。この電子チューニングは、電気化学還元プロセスの重要なステップであるCO₂の吸着と活性化に影響します。
たとえば、Fe-N-C触媒の場合、リン（P）や硫黄などの隣接する原子の存在は、Fe中心の電子密度を変更することが示されています。この修飾は、吸着強度を高め、反応中間体の形成を促進し、最終的に触媒活性の改善につながります。
さらに、隣接する原子は反応メカニズムに直接関与することもあります。それらは、CO₂還元経路の特定のステップを促進する共触媒またはプロモーターとして機能することができます。たとえば、一部の隣接する原子は、吸着のために追加の活性部位を提供したり、反応産物の脱着を促進したりすることができ、それによって全体的な反応速度が加速されます。
これらの効果に加えて、隣接する原子はM-N-C触媒の安定性と耐久性に影響を与える可能性があります。活性部位の電子構造と化学環境を変更することにより、隣接する原子は、実用的な用途の重要な要因である触媒と分解に対する触媒の抵抗を高めることができます。
結論として、金属ニトロゲン - 炭素触媒の隣接原子は、共同化学還元活性を高める上で極めて重要な役割を果たします。それらは、触媒の電子構造、反応性、および安定性に影響を与え、効率的な共同変換を可能にし、持続可能な電気化学プロセスへの道を開きます。
