近日，我所能源催化轉化全國重點實驗室納米與界面催化研究中心碳基資源電催化轉化研究組（523組）高敦峰研究員團隊與生物能源研究部生物能源化學品研究組（DNL0603組）周旭凱研究員等合作，在二氧化碳電催化還原研究方面取得新進展，提出一種金屬相保護策略，實現了高活性高穩定性的酸性二氧化碳電催化還原制甲酸。
二氧化碳電催化還原反應通常在堿性或中性條件下進行，但伴隨的碳酸化副反應會導致嚴重的碳損失。此外，在堿性和中性條件下生成的主要產物是甲酸根，需進一步酸化處理才能轉化為甲酸。相比之下，酸性二氧化碳電催化還原可有效緩解碳酸化問題，并直接生成甲酸。然而，強酸性反應環境易引發催化劑腐蝕、金屬浸出和結構降解等問題，使得催化劑的長期穩定性成為制約其實際應用的瓶頸。
在本工作中，合作團隊提出了一種金屬相保護策略，開發出具有優異酸性二氧化碳電催化還原活性和穩定性的鉍-銅（Bi-Cu）雙金屬氧化物催化劑（Bi0.31Cu1）。該催化劑在200至650 mA cm?2的寬電流密度范圍內，甲酸法拉第效率達到90%以上；在200 mA cm?2的電流密度下穩定運行500小時，甲酸法拉第效率維持在90%左右。催化劑結構表征和反應機理研究表明，Bi0.31Cu1催化劑中的三氧化二鉍（Bi2O3）相與鉍酸銅（CuBi2O4）相之間存在強相互作用，導致Bi2O3相產生壓縮應變，增強了Bi?O鍵強度，從而有效抑制了催化劑重構過程中Bi的溶出，提升了Bi基催化劑的長期穩定性。該金屬相保護策略的普適性在鉍-鎂（Bi-Mg）雙金屬氧化物催化劑體系中得到進一步驗證。
相關研究成果以“Metal-Phase Protection Suppresses Bi Leaching for Durable Acidic CO2 Electroreduction to Formic Acid”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該工作的第一作者是我所DNL0603組博士研究生談子健。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院B類先導專項“能源電催化的動態解析與智能設計”、遼寧濱海實驗室、遼寧省興遼英才計劃、大連市杰出青年科技人才支持計劃、我所創新基金等項目的支持。（文/圖 談子健）
