化学化工学院张立学、张晓燕教授团队在Angew. Chem. Int. Ed.发表能源化学最新成果

新闻网讯 近日，我校化学化工学院能源电催化与材料电化学团队在电催化CO₂制甲酸领域取得重要研究进展，研究成果以“A Bidentate Chelation Strategy for Breaking the Thermodynamic Hydrophobicity-Activity Trade-Off to Boost the Electroreduction of CO₂to Formate”为题发表于国际权威期刊Angew. Chem. Int. Ed.。我校为第一完成单位与通讯单位，我校化学化工学院张晓燕教授、张立学教授及北京大学郭少军教授、香港城市大学黄勃龙教授为共同通讯作者，我校2023级研究生刘康（南京航空航天大学博士录取）为第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、崂山国家实验室自由探索项目、青岛新能源山东省实验室开放课题等项目资助。

电催化CO₂还原制甲酸是实现CO₂资源化利用和可再生电能储存的重要途径之一，但在高电流密度下同时实现高活性与高选择性仍面临严峻挑战。其关键问题在于催化界面难以兼顾CO₂传质与反应活性：增强表面疏水性虽然能够富集CO₂并抑制竞争性析氢反应（HER），却往往导致表面反应活性下降，形成长期存在的“疏水性-活性”制约关系。如何在构建疏水界面的同时保持高本征活性，是实现高效CO₂电还原的关键。

针对这一难题，该工作提出了一种双齿螯合界面调控策略，通过将不同烷基链长度的羧酸分子接枝于Bi₂O₂CO₃（BOC）表面，协同调控催化剂界面微环境与Bi活性位点的电子结构。研究发现，适宜链长的分子修饰能够在CO₂富集、HER抑制与反应动力学之间建立新的平衡。其中，10C-BOC构建了兼具高疏水性与高本征活性的催化界面，有效突破了传统疏水改性中“疏水性增强、活性下降”的限制。在流动电解池中，10C-BOC在100~1000 mA cm^-2的宽电流密度范围内均保持超过90%的甲酸盐法拉第效率，在600 mA cm^-2下最高达到97.7%；即使在200 mA cm^-2下连续运行200小时，甲酸盐法拉第效率仍保持在93%以上，展现出优异的长期稳定性。

该工作实现了从“单纯增强表面疏水性”向“界面微环境与活性位点协同调控”的转变，在高电流密度条件下兼顾了CO₂传质、反应活性与产物选择性，为破解CO₂电还原中长期存在的“疏水性-活性”制约关系提供了新的界面工程策略，也为高效、稳定的CO₂资源化利用催化体系设计提供了新思路。