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通訊作者
趙玉峰（上海大學）
鄭耿鋒（復旦大學）
侯仰龍（中山大學）
文章背景
電化學二氧化碳還原反應（CO2RR）通過可再生能源驅動，可將CO2轉化為高附加值化學品，是實現碳中和經濟的重要途徑。其中，甲酸作為液態氫載體和工業原料備受關注。錫（Sn）基催化劑因其獨特的電子結構被認為是生產甲酸的高效候選材料，但其低熔點、易氧化特性導致催化劑結構不穩定，活性位點暴露不足。傳統異質雙金屬催化劑雖能通過界面效應提升性能，但Janus結構催化劑的制備常依賴復雜的異位合成方法，存在成本高、結構易演化等問題。近年來，原位電還原策略因其與反應環境的兼容性和結構穩定性優勢，成為構建高性能催化劑的新方向，但針對雙金屬催化劑的設計仍面臨熱力學混溶性調控的挑戰。
痛點問題
結構設計難題：傳統異質雙金屬催化劑界面數量有限，難以充分暴露活性位點；
制備方法局限：Janus催化劑依賴異位合成（如種子介導生長、模板輔助技術），工藝復雜且成本高；
穩定性不足：金屬間熱力學性質差異易導致成分偏析（如Ag-Cu體系中Cu的溶出），催化性能衰減；質子供給與CO2活化矛盾：堿性環境下質子供給不足，而酸性條件又抑制CO2吸附，反應動力學受限；
規模化挑戰：現有催化劑在流動池中因CO2傳質限制，難以實現高電流密度下的穩定運行。核心發現熱力學混溶性引導合成：通過Bi與Sn的高晶格失配和良好熱力學混溶性，利用原位電還原Bi2Sn2O7前驅體，成功構建富含界面的Janus Bi-Sn催化劑；界面電子調控機制：Bi-Sn界面誘導Sn的p軌道能級下移，降低HCOO中間體的吸附自由能（0.01 eV），同時抑制析氫副反應（H吸附能為0.44 eV）；
高效穩定催化性能：在H型電解池中實現95.5%的甲酸法拉第效率（-0.9 V），并在310小時運行后保持90%以上效率；流動池中電流密度達244 mA/cm2，半電池能效為50.15%；普適性驗證：拓展至Cu-Sn和Cu-Co體系，分別獲得93%甲酸選擇性和64%乙醇選擇性，證實原位電還原策略的廣泛適用性；
原位光譜解析：通過拉曼和紅外光譜證實HCOO*路徑主導反應，且K+水合簇極化效應協同促進質子供給。
