【原】[Angew] 乔世璋 可控重构的Bi-MOFs电化学还原CO2

通讯作者：乔世璋教授

通讯单位：澳大利亚阿德莱德大学化工与先进材料学院

电化学 CO₂ 还原（CRR）可以将CO₂ 转化为有用的碳基能源（如HCOOH，碳氢化合物和醇类），该方法被广泛认为是一种极有前景的碳捕获、储存和利用策略。目前，大多数研究主要集中在通过改变组成、形态和原子排列来调整催化剂的内在催化活性和选择性。然而，催化剂材料在工作条件下可能会发生动态变化，例如相变、纳米团簇、降解和还原等，这种重构将导致无法控制和不利的偏离预期活性位点和预期的催化性能。电催化剂的重构通常由外部刺激（如，电势）与周围反应物/产物的相互作用触发和介导。虽然研究人员对Bi-MOFs作为催化剂时，表面重构过程及其因果因素尚不清楚，无法准确调控催化剂的对最终形态、化学价态和活性位点，从而导致对结构-性能关系的理解不准确和优化催化性能的手段有限。因此，非常需要充分了解工作条件下电催化剂的重构行为。

图1. 用于CRR的Bi-MOF NR到BiNS的原位表面重建：（a）两步重建过程示意图：包括（1）电解质介导的从Bi-MOFNR到Bi2O2CO3NS的化学和结构转变，以及（2）Bi2O2CO3NS到BiNS的电化学还原；（b）Bi-MOF NR和（c）Bi2O2CO3NS的SEM图像；（d）最终Bi NS的TEM图像。

基于此，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授团队通过非原位电子显微镜、原位红外光谱以及原位拉曼光谱，全面地揭示了在CRR 过程中 Bi-MOF 的重构过程，从而为未来合成高活性、高选择性、高稳定性的Bi基催化剂提供了重要的指导意义。研究发现，催化剂的重构可以通过两个步骤可控地定制：（1) 电解质介导的 Bi-MOFs 解离和转化为 Bi₂O₂CO₃；（2）电位介导下 Bi₂O₂CO₃还原为 Bi。同时，通过对Bi-MOFs 的预处理实现了高活性、选择性和稳定的 Bi 催化剂，可用于高效CRR生产甲酸盐，产率高达92%。相关工作以“The Controllable Reconstruction of Bi-MOFs for Electrochemical CO2 Reduction through Electrolyte and Potential Mediation”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图2. Bi NS的CRR催化机制和途径研究。

参考文献：

Dazhi Yao, Cheng Tang, Anthony Vasileff, Xing Zhi, Yan Jiao, Shi-Zhang Qiao, The Controllable Reconstruction of Bi-MOFs for Electrochemical CO2 Reduction through Electrolyte and Potential Mediation, Angew. Chem. Int. Ed. 2021. https:///10.1002/anie.202104747.