近日，化材学院杨发/李正全团队在原子层薄化调控CO₂电还原制甲酸方面取得重要进展，相关研究成果以“Atomic-Layer Thinning of Bismuth Oxide Confers Antireduction Stability and Tunable Protonation Pathway in CO₂-to-Formate Electrocatalysis”为题，发表于国际权威期刊ACS Nano。

尽管氧化铋（Bi₂O₃）在CO₂电还原制备甲酸方面展现出巨大潜力，但在工业级电流密度下，快速的相变还原（生成金属态Bi⁰）与析氢副反应严重制约了其实际应用。基于前期利用原位电化学光谱学指导催化剂设计的系列工作（Nat. Commun., 2026, 10.1038/s41467-026-71855-5；J. Am. Chem. Soc.,2025, 147, 42194；Nano Lett., 2025, 25, 10690；Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202407748；Energy Environ. Sci., 2023, 16, 3951；Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 2023, 120, e2301011120），杨发等人合成了一种新型自支撑、厚度仅为三个原子层（约1.25 nm）的Bi₂O₃纳米片（3L-Bi₂O₃）。原位电化学振动光谱表明，相对于块体Bi₂O₃材料，由原子层减薄诱导的压缩应变显著增强了Bi–O键。具体而言，在−1.0 V vs. RHE电位下，3L-Bi₂O₃仅有约11.5%被还原为金属态Bi⁰；而在相对较正的−0.6 V vs. RHE电位下，块体Bi₂O₃的Bi0生成量已高达约65.7%。得益于此，在1.0 M KHCO₃电解液中，3L-Bi₂O₃能够在200 mA cm^⁻2的工业级电流密度下，维持超过90%的甲酸法拉第效率长达约50小时。原位红外光谱、差分质谱及Tafel动力学分析证实，HCO₃^⁻是驱动两步连续质子耦合电子转移（PCET）的关键质子供体。值得注意的是，不同于块体Bi₂O₃，3L-Bi₂O₃的甲酸选择性随HCO₃^⁻浓度呈现出独特的‘火山型’演变规律。这本质上是满足*OCHO生成质子需求与抑制竞争析氢反应之间的一种动态平衡。这种平衡归因于原子级薄的Bi₂O₃表面削弱了对*H的吸附并有效稳定了关键*OCHO中间体，从而成功将反应的决速步由初始PCET步骤转移至随后的*OCHO质子化阶段。论文通讯作者包括化材学院杨发、李正全，西安交通大学苏亚琼。王畅、谢淑嫺硕士研究生和分析实验中心康晋伟为共同第一作者。同步辐射表征测试得到了浙江光电子研究院周靖老师的大力支持。浙江师范大学为第一通讯单位。

杨发，博士生导师、浙江省青年人才、校“双龙学者”特聘教授，主要从事电催化CO₂还原及其原位光谱学研究。2021年入职浙师大以来，以第一/通讯作者在PNAS、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.等期刊上发表多篇高水平研究论文。目前主持国家自然科学基金面上和青年项目、浙江省自然科学基金重点和青年项目、金华市科技计划重点项目、省属高校基本科研经费优青培育专项等。

编辑：武艳