中国科学院上海硅酸盐研究所陈航榕研究员课题组报道了一种MOF衍生的Cu/Bi双金属催化剂并将其成功用于二氧化碳电催化还原产甲酸的研究。结果表明，最优样品Cu₁-Bi/Bi₂O₃@C在-0.94 V vs. RHE的电势下，甲酸的法拉第效率达93%；在10 h的电化学测试中，甲酸的法拉第效率仍然保持80%以上，表明其良好的电化学稳定性。

有机金属框架（MOFs）由金属离子和有机配体通过配位键自组装而成，具有结构可调控、比表面积高、孔道可调等优点。MOF衍生金属氧化物由于能保持其前驱体形态，表现出较高的比表面积和孔隙率，在电催化领域受到广泛关注。

研究团队通过水热和高温煅烧相结合的方法，制备了有机金属框架衍生的Cu/Bi双金属催化剂Cu_x-Bi/Bi₂O₃@C，不仅保留了MOFs的棒状形貌特征，而且展现出明显的Bi₂O₃、Bi、Cu三相衍射峰。研究发现Cu的引入有利于氧空位的形成，有助于CO₂活化。此外XPS分析结果表明，Cu_x-Bi/Bi₂O₃@C催化剂中存在明显的电子由Cu向Bi的转移。

通过分析不同Cu含量的Cu/Bi双金属材料的电催化性能，发现Cu₁-Bi/Bi₂O₃@C具有最佳的电催化还原二氧化碳的性能，Cu的引入可以极大抑制H₂的生成，从而提高产物甲酸的选择性。例如在-0.94 V vs. RHE下对甲酸的法拉第效率高达93%，在-0.84 ~ -1.14 V vs. RHE，甲酸的法拉第效率均超过80%。氧化LSV曲线分析表明，Cu/Bi双金属电催化剂对CO₂·-中间体具有更强的吸附能力，相比于单金属催化剂具有更丰富的活性位点。，Cu₁-Bi/Bi₂O₃@C催化剂在10 h的电化学测试中保持了稳定的电流强度和甲酸法拉第效率，表明其良好的电化学稳定性。

相关研究表明金属之间的相互作用可以有效调控活性金属的电子结构，从而影响反应中间体的吸附，提高产物的选择性和稳定性。该研究不仅拓展了MOFs衍生的双金属材料在电催化二氧化碳还原领域中的应用，同时也揭示了该双金属催化剂电催化还原CO₂的构效关系。

论文信息：

MOF derived Cu/Bi bi-metallic catalyst to enhanced selectivity toward formate for CO₂ electroreduction.

Yi Xue, Chengjin Li, Prof. Xiaoxia Zhou, Dr. Zhaoyu Kuang, Dr. Wanpeng Zhao, Qingming Zhang, and Prof. Hangrong Chen

文章第一作者是硕士研究生薛怡和李成金。

ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202101648