通过共价有机框架稳定高活性的亚稳态Bi(101)面，以打破CO2到HCOOH电催化过程中活性与稳定性之间的权衡

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Stabilizing Highly Active Metastable Bi (101) Facet via Covalent Organic Frameworks to Break Activity–Stability Trade-off in CO2-to-HCOOH Electrocatalysis

通过二维共价有机框架调控Bi催化剂表面，首次稳定高活性的Bi(101)晶面，实现二氧化碳电催化还原制甲酸选择性和稳定性突破，达到98.7%选择性和230小时稳定性。

　　

图形摘要

本研究通过调节电化学和热力学稳态，首次稳定了高活性的亚稳态Bi(101)面，打破了CO?转化为HCOOH过程中的活性与稳定性之间的平衡。利用共价有机框架（COF），该催化剂在流动电池中实现了98.7%的选择性、超过230小时的稳定性和350 mA·cm?2的HCOOH部分电流密度（在-1.0 V电压下）。

摘要

电化学CO?还原反应（eCO?RR）为将温室气体转化为高附加值化学品提供了一种可持续的方法。铋（Bi）因其低成本、无毒性以及对关键中间体OCHO的良好吸附性能，成为CO?转化为HCOOH的有前景的电催化剂。然而，其相对收缩的5d轨道和扩展的6p轨道导致在eCO?RR过程中不可避免地发生热力学驱动的结构重构，从而在活性和稳定性之间产生了持续的权衡。在这里，我们通过利用二维共价有机框架（COF）提供的层间相互作用和空间限制，调节层状Bi物种的电化学和热力学稳态之间的平衡，首次实现了高活性亚稳态Bi(101)面的选择性暴露和稳定维持。所得催化剂表现出优异的性能：HCOOH选择性为98.7 ± 0.1%，稳定性超过230小时，并且在-1.0 V电压下（相对于RHE）的流动电池HCOOH部分电流密度超过350 mA·cm?2，使其成为迄今为止报道的最高效和最稳定的电催化剂之一。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。