近期，材料科学与工程学院硕士研究生姚正杰的研究论文《Operando defect engineering restructures interfacial water network for ampere-level CO₂-to-formate electrolysis》被国际知名期刊《Green Chemistry》接收并在线发表。该期刊为中科院大类一区TOP期刊。论文第一作者为姚正杰，团队成员邱成龙博士与程振杰博士为共同通讯作者，台州学院为第一作者单位。

电催化CO₂还原反应发生在气-液-固三相界面上，如何维持这一界面的稳定并优化局部反应微环境，是提升催化活性和长期运行稳定性的关键难题。传统催化剂在反应过程中常面临结构重构、表面疏水性丧失等问题，导致CO₂传质受阻、析氢副反应加剧，性能迅速衰减。

针对上述挑战，本工作采用了一种原位缺陷工程策略。通过在Bi₂O₃催化剂中预掺杂氟元素（F-Bi₂O₃），在电催化CO₂还原过程中利用F的原位浸出，诱导催化剂表面原位形成高活性的缺陷Bi位点（图1）。该缺陷位点能够重构固-液界面水网络，将原本刚性、强氢键结合的4-HB-H₂O 网络转变为以2-配位水（2-HB-H₂O）为主的柔性微环境。这一优化后的界面兼具三重功能：提供高效的质子转移路径、协同稳定关键中间体*OCHO的吸附、以及有效抑制竞争性析氢反应（HER）。得益于该界面设计，改性后的催化剂在流动池中于 200–1000 mA cm⁻²的宽电流密度范围内，甲酸法拉第效率（FE_formate）保持在90%以上，并在膜电极组件（MEA）中于200 mA cm⁻²下实现了长达250小时的稳定运行，FE_formate超过95%。该工作为通过原位缺陷工程调控界面水结构、优化电催CO₂还原反应的三相界面微环境提供了新思路。

图1、原位F浸出形成缺陷Bi位点，该位点将界面水网络重构为二配位水，从而在高达1 A cm⁻²的电流密度下实现安培级CO₂到甲酸盐的电解，法拉第效率超过90%。

论文链接：https://doi.org/10.1039/d6gc04903f