化石燃料的过度使用和CO₂的加速排放导致了能源短缺和温室效应。将二氧化碳电还原为有用的化学品和燃料是一种很有前途的方法，不仅能满足不断增长的能源需求，还能缓解二氧化碳排放造成的环境危机。甲酸(HCOOH)是电还原二氧化碳的一种增值产品，是制药和化工行业的重要原料。同时，HCOOH是质子交换膜燃料电池的液体燃料。此外，HCOOH也是潜在的氢载体。为此，将CO₂电还原成HCOOH具有重要意义。目前，已开发出各种金属基电催化剂，例如Pd，Pb，Hg，Cd，Tl，In和Sn，以实现将CO₂电还原为HCOOH的高活性和选择性。在这些催化剂中，Sn由于无毒，储量丰富和成本低廉的优势，引起了相当多的关注。迄今为止，已经开发了几种有效的策略来改善锡基催化剂的催化性能。但是，大多数先前报道的Sn基催化剂在高电流密度下仍受FE_HCOOH的限制，从而阻碍了Sn基电催化剂的实际应用。因此，开发对HCOOH具有高活性和高选择性的高效Sn基催化剂对CO₂电还原具有重要意义。

有鉴于此，中国科学技术大学曾杰教授、耿志刚等人，开发了Bi@Sn核壳纳米粒子（Bi核和Sn壳，表示为Bi@Sn NPs）以提高CO₂电还原制HCOOH的活性和选择性。

本文要点

1）通过电化学衍生法制备了具有核-壳结构的Bi@Sn催化剂，结构分析表明Bi@Sn催化剂的Sn壳层中存在压缩应力作用。在以0.5 M KHCO₃为电解质的H型电池系统中，Bi@Sn NPs在-1.1 V（vs RHE）对HCOOH（FE_HCOOH）的法拉第效率为91％。

2）Bi@Sn NPs的潜在应用已通过计时电位法在装有2.0 M KHCO₃电解质的流通池系统中进行了测试。在这种情况下，Bi@Sn NP在−250.0 mA cm⁻²的稳态j下达到92％的FE_HCOOH，能量效率为56％。

3）理论研究表明，由于Sn壳内的压缩应变降低了形成HCOOH的潜在限制步骤的能垒，从而提高了催化性能。

参考文献：

Yulin Xing et al. Bi@Sn Core–Shell Structure with Compressive Strain Boosts the Electroreduction of CO₂ into Formic Acid. Advanced Science, 2020.

DOI: 10.1002/advs.201902989

https://doi.org/10.1002/advs.201902989