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通讯作者

赵玉峰（上海大学）

郑耿锋（复旦大学）

侯仰龙（中山大学）

文章背景

电化学二氧化碳还原反应（CO2RR）通过可再生能源驱动，可将CO2转化为高附加值化学品，是实现碳中和经济的重要途径。其中，甲酸作为液态氢载体和工业原料备受关注。锡（Sn）基催化剂因其独特的电子结构被认为是生产甲酸的高效候选材料，但其低熔点、易氧化特性导致催化剂结构不稳定，活性位点暴露不足。传统异质双金属催化剂虽能通过界面效应提升性能，但Janus结构催化剂的制备常依赖复杂的异位合成方法，存在成本高、结构易演化等问题。近年来，原位电还原策略因其与反应环境的兼容性和结构稳定性优势，成为构建高性能催化剂的新方向，但针对双金属催化剂的设计仍面临热力学混溶性调控的挑战。

痛点问题

结构设计难题：传统异质双金属催化剂界面数量有限，难以充分暴露活性位点；

制备方法局限：Janus催化剂依赖异位合成（如种子介导生长、模板辅助技术），工艺复杂且成本高；

稳定性不足：金属间热力学性质差异易导致成分偏析（如Ag-Cu体系中Cu的溶出），催化性能衰减；质子供给与CO2活化矛盾：碱性环境下质子供给不足，而酸性条件又抑制CO2吸附，反应动力学受限；

规模化挑战：现有催化剂在流动池中因CO2传质限制，难以实现高电流密度下的稳定运行。核心发现热力学混溶性引导合成：通过Bi与Sn的高晶格失配和良好热力学混溶性，利用原位电还原Bi2Sn2O7前驱体，成功构建富含界面的Janus Bi-Sn催化剂；界面电子调控机制：Bi-Sn界面诱导Sn的p轨道能级下移，降低HCOO中间体的吸附自由能（0.01 eV），同时抑制析氢副反应（H吸附能为0.44 eV）；

高效稳定催化性能：在H型电解池中实现95.5%的甲酸法拉第效率（-0.9 V），并在310小时运行后保持90%以上效率；流动池中电流密度达244 mA/cm2，半电池能效为50.15%；普适性验证：拓展至Cu-Sn和Cu-Co体系，分别获得93%甲酸选择性和64%乙醇选择性，证实原位电还原策略的广泛适用性；

原位光谱解析：通过拉曼和红外光谱证实HCOO*路径主导反应，且K+水合簇极化效应协同促进质子供给。