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近日，电子科技大学基础与前沿研究院黄明教授团队在Angewandte Chemie International Edition上发表题为“Precatalyst Engineering Directs Reconstruction into Coupled Defective Sites for Selective CO₂‑to‑Formate Electroreduction”的研究论文。该研究创新性地提出了一种预催化剂工程策略，成功实现了对电化学重构目标路径的精准调控。基础院博士研究生成怡为论文第一作者，黄明教授为论文通讯作者。电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。

电催化二氧化碳还原（CO₂RR）生成甲酸是一种可持续的碳利用途径。Bi基材料因储量丰富、毒性低且对甲酸生成具有本征选择性，成为CO₂RR领域的重要催化剂。然而，在电化学还原过程中，Bi基材料会发生动态结构重构，导致活性位点演变难以预测，并加剧HER反应的竞争，进而造成工业级电流密度下催化活性和稳定性下降。因此，如何通过预催化剂工程调控重构路径，实现目标活性位点的定向构筑，是当前亟待解决的关键科学问题。

针对这一问题，本研究提出基于预催化剂工程的调控策略，通过设计两种具有不同晶体结构的Bi基预催化剂，阐明了前驱体晶体结构对电化学重构路径的调控作用。研究发现，层状BiOI在还原过程中易发生无序脱碘，最终重构为金属Bi表面，该表面对HER具有较高活性，从而限制了CO₂RR制甲酸的选择性。相比之下，非化学计量比Bi₅O₇I具有稳定的三维Bi–I/O骨架，可对碘物种产生空间限域作用，引导重构形成富含耦合型铋空位和碘掺杂的缺陷表面。基于该缺陷构型，催化剂在400 mA cm^-2下实现96.8%的甲酸盐法拉第效率，并在200 mA cm^-2下稳定运行超过100小时，催化活性几乎无衰减。

论文从原子和分子层面阐明了“前驱体晶体结构-重构路径-活性位点-催化性能”之间的纽带关系，另一层面为动态演变电催化体系的设计提供了一种从“事后分析”向“事前编程”转变的研究路径。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5655942