酸性电化学二氧化碳（CO2）转化是克服CO2利用率低的一种很有前途的替代方法。
然而，过度依赖高浓度的K+来抑制析氢反应（HER）也会导致（双）碳酸盐沉淀干扰催化性能。
2025年2月19日，海南大学田新龙教授联合华中科技大学夏宝玉教授和夏琛沣团队在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Tip carbon encapsulation customizes cationic enrichment and valence stabilization for low K+ acidic CO2 electroreduction》的研究论文，王志同、Liu Dongyu、夏琛沣和史晓东为论文共同第一作者，田新龙教授、夏宝玉教授和夏琛沣为论文共同通讯作者。
在本文中，作者在计算模拟的筛选和指导下，提出了一种碳包覆的尖状In2O3电催化剂，在低K+浓度下稳定高效进行酸性CO2转化，并合成甲酸（HCOOH）。
碳层保护了具有较高内在活性的氧化In免受还原性腐蚀，并且还在周围形成一个尖端诱导电场来调节不利的H+吸引和理想的K+富集。
在pH=0.94的酸性电解液中，仅0.1 M K+就能使HCOOH在电流密度300 mA cm-2时的法拉第效率（FE）达到98.9%，并实现超过100 h的长时间稳定性。
通过将电极放大到25 cm2的电解槽设置中，记录了7 A的总电流，以维持291.6 mmol L-1 h-1的HCOOH产量。
综上，作者展示了一种在低K+环境下由酸性CO2电解合成HCOOH的有效电化学途径。
基于尖端诱导电场对阳离子的累积效应和碳层调制选择性阻断H+通量，实现了K+的特定富集，从而在强酸性（pH=0.94）和低K+（0.1 M）电解质中产生有利于CO2转化的局部碱性缓冲。
此外，碳层还增强了还原CO2RR条件下氧化In位点的稳定性，保证了优化的微环境和强大的内在活性，从而提供了卓越的催化性能。
值得注意的是，即使在50 mA cm-2的低电流密度下，HCOOH的FE也能高达80.5%，在300 mA cm-2的电流密度下，100 h内HCOOH的高FE能够保持在98.9%。
总电流为7 A的25 cm2放大反应装置演示中的性能指标突出了将低K+酸性CO2RR应用于工业化的巨大前景。
Wang, Z., Liu, D., Xia, C. et al. Tip carbon encapsulation customizes cationic enrichment and valence stabilization for low K+ acidic CO2 electroreduction. Nat. Commun., (2025).
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