通過(guò)電化學(xué)二氧化碳還原反應(yīng)(CO₂RR)將CO₂轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)物是應(yīng)對(duì)全球變暖和密集的能源需求的有效策略。在眾多CO₂RR產(chǎn)物中，甲酸或甲酸鹽(通常在堿性溶液中生產(chǎn))由于具有高經(jīng)濟(jì)價(jià)值和在工業(yè)、燃料電池和儲(chǔ)氫罐中的廣泛應(yīng)用而引起了人們的廣泛關(guān)注。

人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多高CO₂RR性能的催化劑，但同時(shí)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)物選擇性和活性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，開(kāi)發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)高選擇性、大電流密度以及在較大的電位窗口內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的甲酸鹽生產(chǎn)的催化劑具有現(xiàn)實(shí)意義。

近日，香港科技大學(xué)邵敏華和華東理工大學(xué)張玉等利用L-組氨酸對(duì)Bi基催化劑進(jìn)行修飾改性，顯著提高甲酸鹽的選擇性和活性。

理論計(jì)算表明，CO₂分子通過(guò)缺電子C原子與L-組氨酸的N位點(diǎn)相互作用，并且CO₂能夠牢牢吸附在N位點(diǎn)上；催化劑優(yōu)異的CO₂吸附能力有助于CO₂的局部富集，從而抑制競(jìng)爭(zhēng)性析氫反應(yīng)(HER)副反應(yīng)的發(fā)生，提高了CO₂RR的選擇性。此外，L-組氨酸中N活性位點(diǎn)的富電子性質(zhì)可以進(jìn)一步促進(jìn)CO₂的活化，促進(jìn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，L-組氨酸改性的Bi基催化劑在超寬電位窗口(ΔE=1.7 V)內(nèi)表現(xiàn)出高的催化CO₂轉(zhuǎn)化為甲酸鹽活性，在?0.1到?1.8 V和?0.2到?1.6 V的電位窗口內(nèi)的甲酸鹽選擇性分別超過(guò)90%和95%。

此外，即使在低CO₂濃度下(20 vol.%)，由于催化劑對(duì)CO₂的富集，也可以保持優(yōu)良的甲酸鹽選擇性。更重要的是，所制備的催化劑能夠在326.2 mA cm^?2的高電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)50小時(shí)，并且甲酸鹽選擇性保持在~95%。總的來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)高選擇性和高效的CO₂RR電催化劑提供了一種有前景的策略。

Enhancing local CO₂?adsorption by L-histidine incorporation for selective formate production over the wide potential window. Angewandte Chemie International Edition, 2023.10.19. DOI: 10.1002/anie.202313522