尽管电化学还原CO₂（CO₂R）为甲酸盐（HCOO^–）可使CO₂得到升级；然而，迄今为止，用于CO₂R的电催化剂的化学和结构变化往往会导致性能随着时间的推移而不断恶化。

近日，南京大学钟苗教授，Hao Dong，加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授报道了在均匀合金化的Bi_0.1Sn晶体上共形生长的活性Sn-Bi/SnO₂表面。这些表面使得Bi_0.1Sn晶体在超过2400 h（100d）的连续运行时间内稳定地将CO₂还原为HCOO^–，在1M碳酸氢钾（KHCO3）和氢氧化钾（KOH）电解液（PH=11）中，电流密度为100 mA cm⁻²时的均一甲酸盐FE超过95%，阴极能效（CEE）超过70%。与文献基准相比，该稳定性和CEE均得到显著提高。

文章要点

1）计算研究表明，在很大范围内（1.5-12.5%）Bi掺杂到Sn中，Sn-Bi合金和Sn-Bi/SnO₂复合材料的晶面为*OCHO提供了近乎最佳的结合能。这种方法降低了CO₂还原为HCOO^–的反应能垒。而副产物CO和H₂在Sn-Bi合金上由于反应能增加而受到抑制。

2）研究发现，氧化还原调节还使得Sn-Bi/SnO₂表面保持活性，保护Bi_0.1Sn催化剂在延长CO₂R期间不受腐蚀或重构。

3）进一步在基于阳离子交换膜的膜电极体系中，在恒流密度为60 mA cm⁻²的条件下，3.4 mol（15 wt%）HCOO^–溶液的稳定生产时间超过100 h，平均全电池电导率为27%，从而突出了Bi_0.1Sn催化剂在不同的CO₂R体系中长时间生产甲酸盐的可行性。

参考文献

Li, L., Ozden, A., Guo, S. et al. Stable, active CO2 reduction to formate via redox-modulated stabilization of active sites. Nat Commun 12, 5223 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25573-9

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25573-9