综述：铋基催化剂在水介质中电催化CO2还原制甲酸盐

《Chem Catalysis》：Bismuth-based catalysts for electrocatalytic CO2 reduction to formate in aqueous media

本综述系统梳理了铋基电催化剂用于CO2还原反应（ECRR）生成甲酸的关键进展。文章从材料设计（如重构现象识别活性物种）、系统优化（实现安培级电流密度和数百小时稳定性）到工业应用潜力（耦合/太阳能驱动系统）进行全面阐释，为推进CO2至HCOOH转化技术迈向碳中和提供了重要蓝图。

　　

The bigger picture

化石燃料的大量消耗导致大气中二氧化碳（CO₂）持续排放和累积，引发了对能源资源枯竭和气候变化问题的担忧。电催化CO₂还原反应（ECRR）可将CO₂转化为有价值的化学品，为应对这些挑战提供了一条有前景的途径。在各种CO₂还原产物中，甲酸盐/甲酸在市场电价和电力输入方面表现出最佳的经济可行性，而其传统的工业生产过程能耗高且复杂。如果由可再生电力驱动，这种电催化CO₂至甲酸的转化技术具有巨大潜力，可实现甲酸的可持续生产，同时缓解气候变化。近年来，铋基电催化剂已成为电催化CO₂至甲酸转化领域的主要候选材料，并取得了显著进展。本综述全面概述了这类电催化剂，涵盖了其整个发展过程。从早期工作到最新研究，我们讨论了基于其固有材料性质和反应机理的材料设计策略、接近工业级性能的电化学电池优化，以及耦合或太阳能驱动ECRR系统等新型系统，旨在弥合实验室规模理解与工业需求之间的差距。希望本综述能为CO₂利用的未来提供蓝图，并鼓励相关领域的进一步研究。

Summary

电催化CO₂还原生成甲酸盐或甲酸是CO₂利用的一条有前景的途径。铋基电催化剂因其优异的活性、低毒性和成本效益而日益受到重视。本综述追溯了铋基催化剂在CO₂至甲酸转化方面的进展，重点涉及材料设计和系统工程。首先，对铋基催化剂进行了系统分类，总结了通过合理改性提高其性能的巨大努力。值得注意的是，在操作过程中，铋化合物中广泛观察到重构现象，这凸显了识别真实活性物种的重要性。其次，电化学电池设计的突破使得电流密度接近安培水平，稳定性超过数百小时。第三，总结了它们在一些新型电化学系统中的应用。最后，提出了未来研究面临的挑战和展望。本综述旨在阐明甲酸盐生产催化剂的普遍特性和挑战，同时为实际的CO₂利用提出新的机遇。