鑽石舞台

華南理工大學梁振興團隊萬凱博士等報道了一種Ni摻雜Bi納米片用於電催化二氧化碳還原產甲酸反應，研究了Ni摻雜對Bi納米片p軌道電子結構的調變規律，揭示了電催化二氧化碳還原產甲酸活性提升機制。

電催化二氧化碳還原反應（CO2RR）能將大氣中CO2轉化為高附加值液體燃料和化工原料，在緩解能源危機和環境問題方面有着重要的應用前景。甲酸（HCOOH）作為最具經濟效益的還原產物之一，被認為是一種理想的氫載體及有價值的液體燃料。當前CO2RR產HCOOH仍存在不少挑戰，如CO2活化限制導致其電催化劑活性和選擇性不足、材料穩定性差等。因此，開發高效穩定的電催化材料是當前的研究重點。

近年來，金屬基電催化劑（尤其是p區金屬）被用於CO2RR產HCOOH反應，Bi基催化劑因其活性和選擇性受到廣泛關注。華南理工大學傅志勇教授、萬凱博士報道了一種Ni摻雜Bi納米片（Ni@Bi-NS）催化劑用於CO2RR產HCOOH反應，研究了Ni摻雜對Bi納米片p軌道電子結構的影響，揭示了Ni摻雜Bi納米片CO2RR產HCOOH活性提升機制。電化學研究結果表明，Ni@Bi-NS催化劑較Bi納米片（Bi-NS）催化劑顯示出更高的電催化活性及選擇性；Ni@Bi-NS催化劑在-1.1 V（vs. RHE）時產HCOOH電流密度達51 mA cm-2，是Bi-NS催化劑的兩倍；其在較寬電位範圍（-0.8 V~-1.1 V）內產HCOOH法拉第效率均大於92.0%，最高值達98.4%。實驗與密度泛函理論（DFT）計算結果表明，CO2RR產HCOOH中間體*OCHO的形成能壘較*H或*COOH低，CO2中O原子吸附在Bi位點上，CO2RR以質子耦合電子轉移途徑進行；Ni摻雜後，Ni上電子部分轉移至鄰近Bi原子使其p軌道電子密度狀態增加並向費米能級移動，有利於p軌道與CO2的π*軌道之間的軌道雜化，從而降低產HCOOH中間體*OCHO的形成能壘，促進CO2活化。該研究工作通過實驗與理論研究揭示了Bi基催化劑p軌道電子結構調控行為及CO2RR產HCOOH活性提升機制，為高效CO2RR產HCOOH電催化劑的理性設計及機理研究提供了思路。