將CO₂電催化轉化成燃料和化學品，因具有重要意義，近年已引起廣泛關注。甲酸作為一種重要的工業(yè)原料，在制藥、皮革和造紙方面都有重要的應用，此外，還可以作為氫載體用于直接甲酸燃料電池。

目前，CO₂電催化還原制甲酸雖然可以獲得較高的選擇性，但高選擇性通常都是在較低的活性下實現的，并且選擇性對外加電位或電流非常敏感，這導致工業(yè)上關注的甲酸生成速率難以提高。

廈門大學化學化工學院王野課題組與吳德印課題組合作，在二氧化碳電催化還原制甲酸的研究上取得重要突破。

一般認為，H₂O還原析氫反應是CO₂還原反應的競爭反應，促進H₂O的活化將降低CO₂還原反應的選擇性。基于該傳統認識設計出的高選擇性催化劑常常活性低。

王野課題組打破這種認識，提出H₂O分子活化在CO₂還原中的重要性，并發(fā)展出通過硫修飾金屬表面活化H₂O分子而促進CO₂還原制甲酸的新方法。

基于該新方法，王野課題組成功合成了一種硫摻雜的銦催化劑（S-In），該催化劑在非常寬的電流密度范圍內（25~100?mA cm^-2），均可以維持85%以上的甲酸選擇性。在93%的甲酸選擇性下，甲酸的生成速率可達1449 μmol h-1 cm^-2，突破了目前CO₂電催化還原制甲酸生成速率的極限（1000 μmol -1 cm^-2）。

與吳德印課題組合作，通過DFT計算明確了In表面S的促進機制。此外，進一步將硫的促進作用拓展到了其它硫族元素（硒和碲），金屬銦拓展到其它p區(qū)金屬（鉍和錫），均可以實現很好的促進效果，表明通過適當地促進水的活化來提高CO₂的電催化還原具有普適性。該工作為理性設計高效CO₂還原電催化劑提供了新策略。

王野課題組一直致力于C1化學領域的基礎研究。在CO₂、合成氣、甲醇等小分子的催化轉化方面，取得了一系列重要突破(Nat. Catal. 2018, 1, 787; Nat. Commun. 2018, 9, 1181; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12012; Chem 2017, 3, 334; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4725; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4553; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5776; Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2438; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5200)。

課題組主頁：http://pcoss.xmu.edu.cn/wangye/

該工作由2016級能源材料化學協同創(chuàng)新中心iChEM博士生馬文超、固體表面物理化學國家重點實驗室高級工程師謝順吉（共同第一作者）和2015級博士生張霞光（共同第一作者）等共同完成。上海光源姜政教授和孫凡飛博士為同步輻射表征提供了支持。

Ma W, Xie S, Zhang X G, et al. Promoting electrocatalytic CO₂ reduction to formate via sulfur-boosting water activation on indium surfaces[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 892.