武汉理工大学，奥克兰大学，Nature Communications观点: 应力工程激活Bi催化剂中惰性位点，实现高效CO2还原

第一作者：陈兴宝，陆瑞虎，李成博

通讯作者：麦立强，罗雯，王子运，朱杰鑫

单位：武汉理工大学，奥克兰大学

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对此，武汉理工大学麦立强教授团队、新西兰奥克兰大学王子运教授团队在《Nature Communications》期刊上发表题为“Activating inert non-defect sites in Bi catalysts using tensile strain engineering for highly active CO₂ electroreduction”的研究文章，通过调控Bi基金属有机框架（Bi-MOF）的重构过程在重构后的催化剂内部引入连续的空位，进而诱导产生大面积拉伸应力来激活催化剂内部的惰性位点。所合成的催化剂实现了在800 mV的电位范围内实现了超过90%的法拉第效率，并表现出高达-995 ± 93 mA cm⁻² 的甲酸部分电流密度。在酸性电解质中，在 400 mA cm⁻² 下的甲酸法拉第效率高达 96 ± 0.64%，且单程碳转化效率（SPCE）达到 62.0%。此外，组件了Zn-CO₂ 电池表现出 21.4 mW cm⁻² 的峰值功率密度，并在 300 个循环中保持稳定。

在CO₂还原过程中，空位，界面等缺陷位点被认为是催化反应的活性位点，但受到缺陷位点数量以及缺陷位点易被毒化而失活的影响，难以实现令人满意的催化性能，特别是在酸性电解液中。本文通过在催化剂内引入大面积拉伸应力，激活了惰性位点实现酸性电解液和碱性电解液下高效CO₂还原。

空位的存在能诱导周围位点产生应力以及被证实，但由于空位总数的限制，需要思考对于如何调整空位能形成更大范围的拉伸应力。为了探究上诉问题，本文通过调整空位分布，使空位有序排列，实现了比分散空位更大面积且更强的应力分布。

预催化剂在反应过程中的重构过程涉及到原子的重新排列，因此调整重构过程可能使重构后的催化剂内部形成更多空位、晶界、应力。而预催化剂中金属与其配位原子的化学键强度会影响重构发生的难易程度，进而影响重构速度。本文通过削弱预催化剂中Bi-O键强度，实现了更快速的重构过程，并通过构建重构的原始成核位点引入连续空位。

Activating inert non-defect sites in Bi catalysts using tensile strain engineering for highly active CO₂electroreduction

麦立强，武汉理工大学首席教授，博导，副校长，国家杰青（2014），长江学者（2016），“万人计划”领军人才（2016），国家重点研发计划首席科学家，英国皇家化学会会士（2018），中国微米纳米技术学会会士（2022），中国化学会会士（2023）。材料化学与功能材料领域知名专家，长期从事新能源材料与器件科学技术及应用研究，构筑了国际上第一个单根纳米线器件电子/离子输运原位表征的普适新模型，建立了调控电化学反应动力学的“麦-晏”场效应储能等电子/离子双连续输运理论，突破了储能材料与器件的批量化制备技术，并实现成果转化与应用。在Nature（3篇）、Science（1篇）等刊物发表SCI论文610余篇，其中以第一或通讯作者发表Nature 2篇、Nature子刊及Cell子刊24篇，SCI他引1000次以上1篇、800次以上5篇、400次以上20篇，高被引论文117篇，热点论文26篇，SCI总他引5.6万余次，撰写中文专著2部、英文专著2部、英文专著章节2部，参编《中国材料科学2035发展战略》1部。获授权国家发明专利148项，其中28项专利与华为等31家企业进行产学研成果转化与应用。主持国家重大科研仪器专项等国家级项目30余项。以第一完成人获国家自然科学二等奖、何梁何利基金科学与技术创新奖、国际电化学能源科学与技术大会卓越研究奖（每年仅2人）、国际车用锂电池协会卓越研究奖、国家教学成果二等奖、教育部/湖北省自然科学一等奖（3项）和中国材料研究学会技术发明一等奖，连续五年入选科睿唯安全球高被引科学家。

罗雯，武汉理工大学物理系特岗教授，博士生导师，入选中国科协青年人才托举工程，武汉理工大学15551青年拔尖人才。主要从事电化学能源材料与器件研究，包括二次电池电极材料、微纳器件组装和原位表征等。主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目、面上项目等科研项目。以第一作者或通讯作者在Nature Communications, Advanced Materials和Matter等国际期刊发表SCI论文50余篇。多次在美国MRS等国际会议上作口头汇报，获英国皇家化学会最佳海报奖、武汉理工大学青年教师十大科技进展、中国建材优秀博士奖等。指导本科生“挑战杯”竞赛获全国特等奖1项，全国银奖1项，全国二等奖1项，湖北省特等奖3项。参编出版国家级一流本科专业建设成果教材1本，获国家级教学成果二等奖（2023年，序13）。

朱杰鑫博士，现为加拿大多伦多大学博士后，合作导师为David Sinton院士和Edward Sargent院士。2023年和2018年于武汉理工大学获得博士学位和学士学位，导师为麦立强教授。参与发表SCI论文80余篇，论文被引6500余次，其中以第一作者（含共一）或通讯作者在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表SCI论文20篇，ESI高被引论文21篇。主要研究方向为电催化CO/CO₂还原、甲醇氧化、OER等，关注电催化剂的表界面配位环境调控以及原位红外、拉曼、XAS等表征。任《Journal of Energy Chemistry》期刊青年编委。

王子运，新西兰奥克兰大学Senior Lecturer Above the Bar。2012年本科毕业于华东理工大学，2015年博士毕业于英国女王大学，师从胡培君教授和ChrisHardacre教授。先后在斯坦福大学（合作导师JensK. Nørskov教授）和多伦多大学（合作导师Edward H. Sargent教授）从事博士后研究，主要研究方向包括二氧化碳电还原的理论计算、人工智能辅助多相催化设计和表面微动力学。以通讯作者发表Nature ，Nature Chemistry, Nature Catalysis，Nature Energy，Nature Communications，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem.。 文章引用超14000次，入选科睿唯安“全球高被引科学家”。

武汉理工大学纳米重点实验室主要从事纳米能源材料与器件领域的研究，包括新能源材料、新型催化材料、微纳器件等前沿方向。团队目前有教师13名，包括长江学者、杰青、国家领军人才、国家级高层次青年人才6人（次），省部级青年人才8人（次），在读博士、硕士研究生80余人。中科院院士赵东元教授作为课题组学术顾问，为课题组发展提供重要的指导和帮助。

　　团队长期致力于新能源材料与器件科学技术及应用研究，构筑了国际上第一个单根纳米线器件电子/离子输运原位表征的普适新模型，建立了调控电化学反应动力学的“麦-晏”场效应储能等电子/离子双连续输运理论，突破了储能材料与器件的批量化制备技术，并实现成果转化与应用。团队近年来主持/承担了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项、国家杰出青年科学基金、国家基金委重大科研仪器专项、国家自然科学基金重点项目、国家国际科技合作计划等国家级科研项目40余项。课题组目前发表SCI论文700余篇，以第一或通讯作者在Nature 2篇，Nature及Cell子刊（17篇），合作发表Nature 1篇、Science 2篇、Nature、Science、Cell子刊5篇，ESI高被引论文103篇，ESI 0.1%热点论文21篇。获得国家发明授权专利160余项，其中28项专利与华为等31家企业进行产学研成果转化与应用，总金额24.38亿元。获国家自然科学二等奖（2019）、国家教学成果二等奖（2023）、教育部自然科学一等奖（2018年）和湖北省自然科学一等奖（2014、2021）。