近期，K1体育王家成教授课题组在电催化CO₂还原（CO₂RR）领域取得系列进展，连续在国际重要期刊Advanced Energy Materials（IF=26.0）、Advanced Science（IF=14.1）及Science China Materials（IF=7.4）上发表三篇高水平研究论文，系统阐述了Bi基催化剂在高效电催化CO₂转化为甲酸盐（FA）方面的创新策略与机制。所有成果均以K1体育为第一完成单位，王家成教授担任通讯作者。

课题组通过广泛的文献调研，撰写了综述性论文，系统地探讨了克服Bi基材料催化CO₂RR产纯甲酸障碍的创新策略，专注于电解质调节和器件设计的进步。这些关键方法包括：1）采用酸性电解质，2）实施固态电解质（SSE），以及3）集成双极膜（BPM），从而提高Bi基CO₂RR的效率和器件耐久性（图1）。相关综述文章发表在Adv. Energy Mater. 2025, 15, e02767。课题组青年职工程振杰讲师为第一作者。

图1. 使用可再生电力通过CO₂RR生产FA的碳中和循环

课题组合成了一种非晶态铋锡氧化物（A-BSO）预催化剂，用于高效电还原CO₂制甲酸盐。通过原位掺杂策略，该催化剂在反应过程中重构为Sn掺杂的金属Bi（Sn@Bi），实现了优异的性能：在流动池中，甲酸盐法拉第效率达95.6%（800 mA·cm^-2）；在MEA电解槽中，可稳定运行160小时以上（200 mA·cm^-2），FE保持在92.3%。DFT计算和原位光谱表明，Sn掺杂调控了Bi的电子结构，优化了关键中间体*OCHO的吸附，同时抑制了析氢副反应（图2），该研究发表在Adv. Sci. 2026, 13, e22395。课题组青年职工程振杰讲师为第一作者。

图2. A-BSO预催化剂用于CO₂RR至甲酸盐的原位掺杂工程的示意图

杂原子掺杂可以显著调节活性中心和关键中间体之间的相互作用，提高催化性能。铋基催化剂中的常规掺杂通常依赖于不可控的原位电化学过程，导致无效的本体掺入。本课题组提出了一种简单的预掺杂策略，可以在表面活性位点进行精确掺杂，所得催化剂在流动电池中在100-500 mA cm^-2上实现甲酸盐的>95%法拉第效率，并且在膜电极组件中在100 mA cm^-2下保持>95%效率超过70小时（图3），该论文发表在Sci. China Mater. 2026, 3303。课题组姚正杰研究生为第一作者，青年职工程振杰讲师为第一通讯作者。

图3. 微量S对Bi进行表面活性位掺杂的优势概念图

论文链接：

（1）https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502767

（2）https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202522395

（3）https://doi.org/10.1007/s40843-025-4035-5