双金属电催化剂已被证明是提高电化学CO₂还原反应（CO₂RR）生成甲酸盐活性和选择性的有效途径。但催化剂的活性和甲酸盐的选择性仍不尽如人意。

近日，中国石油大学（华东）吴明铂教授，宁汇副教授报道了以棒状双金属CuBi MOF为前驱体，采用煅烧法制备了棒状双金属CuBi催化剂。

文章要点

1）在CuBi MOF骨架的辅助下，CuBi催化剂界面形成了Bi₂CuO₄新相。通过控制MOF前驱体所决定的Bi₂CuO₄含量，可以成功地调节CuBi催化剂上CO₂RR生成甲酸盐的性能。

2）在所研究的催化剂中，CuBi₇₅表现出最高的电流密度和甲酸盐，以及最宽的应用电位窗口。具体而言，FE_formate在93.7%以上，宽电位窗口达到900 mV（从-0.57到-1.47 V）。在电流密度稳定的条件下，在-0.77 V电压下，FE_formate最大可达100%，在电流密度稳定的长期电解过程中，FE_formate在92.4%以上。

3）原位FT-IR分析表明，在双金属CuBi催化剂上可以形成HCOO*物种，在CO₂RR生成甲酸盐的过程中，HCOO*途径占主导地位。密度泛函理论（DFT）计算进一步证明了HCOO*途径的自由能是CO₂RR生成的最低和最有利步骤。

4）本征活性和动力学参数分析表明，Bi₂CuO₄在Bi₂O₃棒与CuO_x纳米颗粒界面上的独特结构有效地改变了CO₂分子的吸附途径和吸附容量，抑制了析氢反应，抑制了C-C偶联反应，大大提高了CO₂RR合成甲酸盐的选择性。

研究工作为今后用于CO₂RR的催化剂合理设计提供了参考，为利用双金属MOF电极活化CO₂的电化学转化开辟了一条新的途径。

参考文献

Zhongxue Yang, et al, MOF Derived Bimetallic CuBi Catalysts with Ultra-wide Potential Window for High-efficient Electrochemical Reduction of CO₂ to Formate, Applied Catalysis B: Environmental, 2021

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120571

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120571