铋 (Bi) 是一种拓扑晶体绝缘体 (TCI)，它具有受特定晶体对称性保护的无间隙拓扑表面态 (TSS)，该对称性强烈依赖于晶面。 Bi 也是一种很有前途的用于甲酸盐生产的电化学 CO₂ 还原反应 (ECO₂RR) 电催化剂。

有鉴于此，中国科学院福建物质结构研究所柴国良研究员等人，开发了暴露于 (104) 和 (110) 面的单晶 Bi 菱形十二面体 (RDs)催化剂。

本文要点

1）Bi RDs 在 9.8 ~ 290.1 mA cm^-2 的宽电流密度范围内表现出非常低的过电位和对甲酸酯生产的高选择性（法拉第效率 >92.2%），从而实现了ECO2RR非常高的全电池能量效率（69.5%）。

2）过电位显著降低的原因是*OCHO中间体在(110)和(104)表面上的吸附增强，与最稳定的(012)表面相比，其吸附自由能降低。

3）甲酸酯的高选择性可归因于TSSs和在Bi RDs上的细小表面态在体间隙中打开了小间隙，这增强和稳定了优先吸附的*OCHO。较弱的表面结合使得*OCHO在Bi(012)表面的吸附不稳定，不利于*H的竞争吸附。

总之，该工作描述了Bi RDs在高速率甲酸酯生产和间歇性可再生电力高效储能方面的应用前景。优化 TCI 的几何形状也被提出作为调整拓扑催化剂 TSS 的有效策略。

参考文献：

Huan Xie, et al. Facet Engineering to Regulate Surface States of Topological Crystalline Insulator Bismuth Rhombic Dodecahedrons for Highly Energy Efficient Electrochemical CO₂ Reduction. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202008373

https://doi.org/10.1002/adma.202008373