近日，化学化工学院、河南省多酸化学重点实验室张东娣教授课题组在CO2电催化还原为HCOOH的机理研究中取得了新的进展，相关成果以“Calixarene-Functionalized Stable Bismuth Oxygen Clusters for Specific CO2-to-HCOOH Electroreduction”为题发表于国际期刊ACS Catalysis（影响因子：13.700）。
利用可再生电力将二氧化碳转化为高价值的燃料或化学品，被认为是缓解能源危机和温室效应的有效策略。在电催化二氧化碳还原反应(ECR)的液相产物中，甲酸无毒、稳定，在储存和运输方面有很大的优势，在储氢和燃料电池方面有广阔的应用前景。铋基纳米材料电催化剂对CO2转化为HCOOH具有较高的选择性和法拉第效率，但这类电催化剂由于其相对复杂的相和组分，往往缺乏明确的结构信息，难以确定其反应机制。因此，为了研究CO2到HCOOH的具体转化机制，必须设计具有明确活性位点的明确的电催化剂。
张东娣教授和华南师范大学兰亚乾教授合作设计并构建了两个功能化封端配体修饰的稳定的晶态铋氧簇Bi3和Bi14。两例铋氧簇首次被用作模型催化剂，均在电催化CO2还原为HCOOH反应中表现出高的转化率、高的法拉第效率和优异的电化学稳定性。同时，密度泛函理论计算结果表明，与Bi14中的单齿*OCHO中间体相比，Bi3中相邻双Bi原子的结构特征更有利于吸附活化CO2分子，桥接到活性中心的中间体*OCHO更有利于HCOOH的形成。该研究为设计更稳定、更优异的电催化CO2还原为特定产品HCOOH的晶态铋氧簇催化剂提供了重要的理论依据。
河南大学为该论文第一署名单位，河南大学化学化工学院2019级博士研究生石景文为第一作者，张东娣教授、刘江教授和兰亚乾教授为共同通讯作者。该项研究受到国家自然科学基金、河南省优秀青年基金和河南大学特聘教授等项目经费的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c02715
