摘要：Bi基催化剂毒性低，价格低，对*OCHO有较好的结合能力，被认为是最有前途的CO2RR催化剂。一般来说，在CO2RR过程中还原电位导致Bi基预催化剂的重构。在重建过程中形成了许多缺陷位点，表现出比惰性整体位点更好的活性。此外，引入杂原子掺杂和晶格位错也可以产生
Bi基催化剂毒性低，价格低，对*OCHO有较好的结合能力，被认为是最有前途的CO2RR催化剂。一般来说，在CO2RR过程中还原电位导致Bi基预催化剂的重构。在重建过程中形成了许多缺陷位点，表现出比惰性整体位点更好的活性。此外，引入杂原子掺杂和晶格位错也可以产生高活性位点。
然而，这些策略只能提高这些特定位点的活性，而大量纯Bi位点的活性仍然相对较低。由于高活性位点的数量有限，在酸性体系中实现工业级HCOOH部分电流密度仍然是一个挑战。最近的研究表明，在酸性电解质中激活Bi上的惰性位点是获得高电流密度和高FEHCOOH的有希望的途径。晶格应变效应通常从缺陷或界面位点向外围减弱，从而影响许多位点的电子结构。这为激活尽可能多的位点提供了一个潜在的途径。
一般来说，晶格应变可以通过施加和控制电催化剂上的外力来诱导，如离子轰击、载体弯曲、热变形和离子插层/萃取等。然而，这些方法对Bi基预催化剂的结构扰动及其在重构后对CO2RR的影响在很大程度上仍然未被探索。
近日，武汉理工大学麦立强、朱杰鑫、罗雯和奥克兰大学王子运等通过引导催化剂重构制备连续空位，在催化剂中引入大面积拉伸应变，从而激活更多的惰性中心。
密度泛函理论(DFT)计算表明，连续空位比单个空位在Bi位点上引起更高、更宽的拉伸应变，增强了*OCHO中间体的吸附，同时激活了更远的位点。以Bi-MOF作为模型催化剂，分别采用机械力(Bi-MOF-MF)和热冲击(Bi-MOF-TS)两种不同的外力对预催化剂的结构进行改性，调整了Bi-MOF的重构过程。
原位XAFS和原位拉曼光谱表明，Bi-MOF-TS中形成了微小的Bi团簇，Bi-MOF-MF和Bi-MOF-TS在CO2RR过程中由于Bi-O键合强度较弱，经历了较剧烈的重构过程。
HAADF-STEM和应变模拟表明，Bi-MOF-MF和Bi-MOF-TS重构后的Bi0纳米片中含有更多的Bi空位，在相邻非缺陷Bi位点产生显著的拉伸应变。其中，在Bi-MOF-TS衍生的Bi0上产生了更多的Bi空位，这是由于Bi0单元沉积在微小的Bi团簇上，导致了更大面积的外围Bi位经历了更强的拉伸应变。
性能测试结果表明，由Bi-MOF-TS制备的Bi0纳米片在700 mV的宽电位范围内，其甲酸盐法拉第效率高于95%，甲酸盐部分电流密度为995 mA cm-2。此外，采用Bi-MOF-TS作为正极的Zn-CO2电池具有21.4 mW cm-2的高功率密度，并且具有长达300次循环的稳定充电能力。
总的来说，该项工作进一步阐明了Bi空位对相邻位点的影响，并阐明了它们在CO2RR中的独特作用和优越性。
Activating inert non-defect sites in Bi catalysts using tensile strain engineering for highly active CO2 electroreduction. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-56975-8
麦立强，武汉理工大学教授，博导，国家杰出青年科学基金获得者，教育部长江学者特聘教授，国家“万人计划”领军人才入选者，中国化学会会士，中国微米纳米技术学会会士，英国皇家化学学会会士，俄罗斯工程院外籍院士，国家重点研发计划纳米科技重点专项总体专家组成员，国家重点研发计划纳米前沿重点专项总体专家组成员。2019年起担任武汉理工大学材料科学与工程学院院长，现任武汉理工大学副校长。2021年和2023年中国科学院院士增选有效候选人。麦立强教授长期从事新能源材料与器件科学技术及应用研究，构筑了国际上第一个单根纳米线器件电子/离子输运原位表征的普适新模型，建立了调控电化学反应动力学的“麦-晏”场效应储能等电子/离子双连续输运理论，突破了储能材料与器件的批量化制备技术，并实现成果转化与应用。先后在Nature、Science等刊物发表SCI论文566篇，其中以第一或通讯作者发表Nature 2篇、Nature子刊及Cell子刊17篇，SCI他引1000次以上1篇、800次以上5篇、400次以上21篇，高被引论文103篇，热点论文21篇，SCI总他引4.54万次，H-索引为127。
罗雯，武汉理工大学物理系特岗教授，武汉理工大学-法国洛林大学联合培养博士，师从麦立强教授和Jean-Jacques Gaumet教授。入选中国科协第七届青年人才托举工程，主要从事新能源材料与器件物理研究，包括二次电池电极材料、微纳器件组装和原位表征等。已在AM、AEM和Nano Energy等国际期刊发表SCI论文50余篇。主持国家自然科学基金面上基金、国家自然科学基金重大研究计划培养项目、国家自然科学基金重大仪器专项子课题等项目。获英国皇家化学会最佳海报奖、武汉理工大学青年教师十大科技进展、中国建材优秀博士奖等。
王子运，博士，新西兰奥克兰大学Senior Lecturer。2012年本科毕业于华东理工大学，2015年博士毕业于英国女王大学，师从胡培君教授和ChrisHardacre教授。先后在斯坦福大学(合作导师JensK. Nørskov教授)和多伦多大学(合作导师Edward H. Sargent教授)从事博士后研究，主要研究方向包括二氧化碳电还原的理论计算、人工智能辅助多相催化设计和表面微动力学。以通讯作者或(共同)第一作者发表文章45篇，其中Nature 2篇，Nat. Catal. 5篇，Nat. Energy2篇，Nat. Commun. 4篇，JACS 7篇，Angew. 4篇。
来源：华算科技