电子科技大学基础院黄明教授团队在Advanced Materials 发表研究论文

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文章导读

如何破解电催化二氧化碳制甲酸的“高活性难持久”困局？电子科技大学黄明教授团队另辟蹊径，提出一种创新的晶格压缩应变工程策略，在铋铜氧化物中精准调控路易斯酸碱对（Bi³⁺/Cu²⁺与氧空位），构建出高效的集成活性位点（Bi-VO-Cu）。研究首次从原子层面揭示了压缩应变如何增强金属-氧键、优化电子结构并稳定关键中间体，实现甲酸盐法拉第效率超95%、稳定性突破120小时的优异性能。这项工作不仅为CO₂高值转化提供了全新路径，更建立了可推广的催化剂设计原则。

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近日，电子科技大学基础与前沿研究院黄明教授团队在Advanced Materials上发表题为“Designing Synergistic Lewis Acid-Base Pairs in Compressed Bismuth-Copper Oxide for Selective CO2-to-Formate Electrosynthesis”的研究论文。基础与前沿研究院博士研究生成怡为论文的第一作者，黄明教授为论文唯一通讯作者，电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。

电催化二氧化碳还原（CO2RR）生成甲酸是一种可持续的碳利用途径，但面临在工业级电流密度下活性衰减快、稳定性不足的重大挑战。近年来，尽管晶格应变工程被广泛用于调节催化性能，但大多数研究仍然停留于表观性能与应变的相关性，缺乏对应变下活性位点局域电子结构及协同机制的深入揭示，制约了高效催化体系的设计。

针对这一难题，本研究创新性地提出一种晶格压缩应变工程策略，通过在非化学计量比铋铜氧化物（Bi7.38Cu0.62O11.69）中引入可控压缩应变，系统调控材料中路易斯酸（Bi3+，Cu2+）与路易斯碱（氧空位）的电子结构与空间耦合，成功构建了高效的集成活性位点（Bi-VO-Cu）。研究表明，压缩应变可显著缩短金属-氧键长，从而增强路易斯酸碱对强度，优化局域电子分布，增强Bi-VO-Cu活性界面的电荷转移能力，进而强化CO2的吸附与活化，并稳定关键中间体*HCOO。该催化剂在宽电流密度范围（-100至-700 mA cm-2）内实现甲酸盐法拉第效率均高于95%，并在-576.8 mA cm-2下达到96.1%的高选择性，同时具备超过120小时的稳定性，性能衰减低于1.5%。

本研究不仅从原子层面阐明了协同路易斯酸碱催化机制，也为可持续电合成高附加值甲酸盐提供了普适的设计原则。

电子科技大学基础院黄明教授团队在Advanced Materials 发表研究论文