双缺陷位点对于将二氧化碳（CO2）还原为甲酸具有极高的效率，但大多数催化表面主要由惰性、无缺陷的铋（Bi）位点组成，导致了还原过程难以进行。
2025年2月25日，武汉理工大学罗雯副教授、麦立强教授、朱杰鑫博士、奥克兰大学王子运教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Activating inert non-defect sites in Bi catalysts using tensile strain engineering for highly active CO2electroreduction》的研究论文，Xingbao Chen、陆瑞虎为论文共同第一作者，罗雯副教授、朱杰鑫博士、王子运教授、麦立强教授为论文共同通讯作者。
双缺陷位点对于二氧化碳还原（CO2RR）形成甲酸具有很高的活性，然而大多数催化表面主要特征是惰性的非缺陷Bi位点。为克服这一限制，作者在整体非缺陷Bi位点上引入了拉伸应变。
在快速热冲击下，基于bi的金属-有机框架（Bi-MOF-TS）表现出减弱的Bi-O键，并生成微小的铋（Bi）簇。在电化学还原过程中，这些簇会形成大量连续的空位，从而在周围广泛的无缺陷Bi位点上诱导出微弱的拉伸应变。这种应变增强了对OHCO中间体的吸附，并显著降低了反应能垒。因此，Bi-MOF-TS在800 mV的电位范围内实现了超过90%的法拉第效率，并且甲酸局部电流密度达到了-995±93 mA cm–2。
值得注意的是，Bi-MOF-TS在酸性电解液中表现出高达96±0.64%的HCOOH法拉第效率，以及在单次通过碳转化效率（SPCE）方面的高达62.0%。
此外，以Bi-MOF-TS作为正极的Zn-CO2电池显示出21.4 毫瓦每平方厘米的峰值功率密度，并且在超过300个周期内保持稳定性。
图1：密度泛函理论（DFT）计算
图2：材料表征
图3：CO2电还原性能
图4：原位X射线吸收光谱和拉曼光谱表征
图5：二氧化碳还原反应（CO2RR）后的催化剂结构表征
图6：不同应变下重构后的Bi0纳米片结构及其与*OCHO的结合能力比较示意图
图7：Zn-CO2电池和全固态二氧化碳还原反应器的性能
综上，作者通过引入拉伸应变工程，激活了惰性、无缺陷的铋（Bi）催化位点，用于高效电化学还原二氧化碳（CO2）生成甲酸。
利用快速热冲击处理和机械力处理，改变了基于铋的金属-有机框架（Bi-MOF）的结构，从而在广泛的非缺陷Bi位点上引入拉伸应变，显著提升了CO2还原反应（CO2RR）的性能。
有望推动CO2电还原技术的工业化应用，特别是在酸性电解液环境中，为实现可持续碳循环和清洁能源存储提供了重要的技术支持。
Chen, X., Lu, R., Li, C. et al. Activating inert non-defect sites in Bi catalysts using tensile strain engineering for highly active CO2 electroreduction. Nat. Commun., (2025).
