通过双轨道杂化合理设计p-区金属掺杂铋材料，用于电流级二氧化碳转化为甲酸的电合成以及锌-二氧化碳电池的应用

《ACS Catalysis》：Rational Design of p-Block Metal-Doped Bismuth via Dual Orbital Hybridizations for Ampere-Level CO2-to-Formate Electrosynthesis and Zn–CO2 Batteries

双轨道杂化Sn掺杂Bi催化剂实现CO?高效电化学制甲酸

　　

将二氧化碳（CO₂）电化学转化为甲酸是一种实现碳中和的可行途径。在工业电流密度条件下实现高选择性是实现该技术规模化应用的关键。在本研究中，通过将p区金属引入铋纳米片（bismuth nanosheets）中，引入了双重轨道杂化作用（Sn的5s轨道与O的2p轨道的s–p杂化，以及Sn的5p轨道与Bi的6p轨道和O的2p轨道的p–p杂化），以协同调节活性位点与含氧中间体之间的电荷转移过程。由此制备的掺锡铋催化剂（Sn₁Bi）在甲酸生成过程中达到了创纪录的部分电流密度（?2.56 A cm^–2），即使在电流密度为?3 A cm^–2时仍能保持85.4%的法拉第效率，并且在膜电极装置中于2 A电流下连续运行280小时仍表现出前所未有的稳定性。正在进行的机理研究旨在阐明这种双重轨道杂化作用如何促进CO₂的活化并稳定关键的*OCHO中间体，从而优化反应动力学和甲酸的选择性。这项研究为通过双重p–p和s–p轨道杂化作用设计的电催化剂在高效选择性地转化CO₂方面提供了新的理论依据。