【摘要】 山东大学研发Bi@C700-4铋基催化剂，实现CO₂RR制甲酸94.8%法拉第效率，耦合太阳能系统达81.2%FDCA产率，解决催化剂失活难题。

催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）利用可再生能源电力，通过电催化剂将CO₂转化为高附加值燃料或化学品，是实现碳中和目标的关键技术。催化剂的性能直接决定了反应效率、产物选择性及系统稳定性。

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一、催化剂设计的创新路径​

山东大学张进涛团队提出热诱导分散策略，通过水热合成与高温热解精准调控铋纳米颗粒在氮掺杂碳载体（Bi@C700-4）中的分布。

图1. Bi@C100-4的热诱导示意图[1]

 

该设计利用碳层限域效应抑制铋颗粒聚集，同时通过铋-碳协同作用显著提升CO₂还原活性，为高稳定性电催化剂提供了新范式。

 

二、产物选择性的调控机制​

• ​铜基催化剂​：单原子铜可高效转化CO₂为甲烷（CH₄）

• ​铋基复合体系​：Bi@C700-4使甲酸（HCOOH）法拉第效率达94.8%

• ​合金催化剂​：铜-银二元体系可定向调控甲酸生成路径

 

​三、能源转化应用突破​

该技术成功耦合太阳能驱动系统，在阳极氧化5-羟甲基糠醛（HMFOR）同时，实现：

• 81.2%的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）产率

• 太阳能至化学能转化效率提升

• 连续运行100小时保持90%活性，解决传统催化剂失活难题

 

四、碳中和实践意义​

CO₂RR技术兼具温室气体减排与可再生能源存储双重价值，为碳循环经济提供技术支撑。铋基催化剂的高稳定性突破，大幅降低电催化系统运营成本，加速工业化应用进程。

 

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