华中科技大学ACS Catalysis：S2−加速表面重建来调节催化剂/电解质界面，实现高效CO2RR

化石燃料的大量燃烧导致大气中二氧化碳(CO₂)浓度逐年增加，这将加剧全球气候变化。从大气中清除过量CO₂的一个可行的途径是将其转化为高附加值的化学品。电化学CO₂还原反应具有操作条件温和、产物可调、与可再生能源(太阳能、风能等)协同等优点，被认为是实现人工碳闭环的最具吸引力的方法之一。

然而，由于热力学稳定的CO₂分子转化为相应产物时需要克服的高能垒，以及不可避免的竞争析氢反应(HER)，抑制了CO₂还原效率。因此，设计具有高活性和高选择性的CO₂RR电催化剂迫在眉睫。

基于此，华中科技大学李箐和王谭源等首次报道了Bi-O-M (M= S，Se和Cl)纳米片的原位解离的硫系阴离子可以诱导催化剂结构重建，以在CO₂RR期间再生Bi-O活性位点，从而显着增强CO₂转化为甲酸盐的活性。

多种结构和元素表征表明，Bi-O-M中的阴离子在CO₂RR过程中释放到电解质中，并且阴离子的特异性吸附降低了金属Bi (Se²⁻≈S²⁻<Cl⁻)的表面功函数(WF)，导致零电荷电位(PZC)负移，这可能有利于Bi在CO₂RR过程中的表面氧化。此外，pK_b较小的阴离子(S²⁻<Se²⁻<Cl⁻)在催化剂重构过程中会诱导形成更强的局部碱性环境，有助于形成活性Bi-O结构。

因此，最优的Bi₂O₂S在CO₂RR过程中，原位解离的S²⁻诱导材料产生了丰富的Bi-O结构，降低了吸附CO₂和*OCHO转化的能垒。电化学测试结果表明，原位释放微量S²⁻的Bi₂O₂S催化剂在−0.9 V_RHE下表现出较大的甲酸盐部分电流密度(32.7 mA cm⁻²)，活性超过大多数报道的Bi基催化剂。

此外，在流动池中的长期测试中，该催化剂在−0.56 V_RHE下的电流密度可以达到280 mA cm⁻²以上，并且其在150 mA cm⁻²电流密度下的甲酸盐法拉第效率可以达到96%。总的来说，该项工作揭示了原位解离阴离子对Bi基催化剂电子态和局域环境的调控作用，为未来催化剂/电解质界面设计提供了重要指导。

In situ dissociated chalcogenide anions regulate the Bi-catalyst/electrolyte interface with accelerated surface reconstruction toward efficient CO₂ reduction. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c04768