翟天佑/刘友文/李亚飞Nature子刊：活性/导电层堆叠超晶格，稳定金属氧化态以高选择性CO2电还原

将CO₂电化学还原(CO₂RR)转化为高附加值的碳基产品已受到广泛关注。金属氧化物(如SnO₂、Bi₂O₃和In₂O₃)作为最常见和广泛使用的催化剂，其在CO₂RR过程中原位自还原成零价金属，并且随着这种自还原，衍生金属催化剂的竞争性析氢反应(HER)性能将逐渐占据主导并降低CO₂RR的选择性。

基于此，华中科技大学翟天佑、刘友文和南京师范大学李亚飞等报道了一种BiCuSeO纳米片(Ns)，利用其超晶格中交替堆叠的绝缘[Bi₂O₂]²⁺和导电[Cu₂Se₂]^2-作为活性/导电子层来稳定金属氧化态以获得高CO₂RR活性和选择性。

XPS、XANES和EXAFS的研究一致表明，BiCuSeO中的Cu-Se亚层超晶格主要是用于传导电子，因此Bi-O层中的高活性Bi在CO₂RR期间仍保持其良好的氧化态以驱动CO₂RR过程中CO₂分子的活化，而不是自还原的零价Bi金属。因此，Bi-O层和导电Cu-Se层堆叠的超晶格有助于宽电位窗口的高选择性CO₂电还原并探索其构效关系。

此外，密度泛函理论(DFT)计算表明，[Bi₂O₂]²⁺中的Bi-O配位表现出强烈的耦合效应，其Bi p轨道与OCHO*中的O p重叠轨道，这导致CO₂RR高选择性；受益于Cu-Se层/Bi-O层的相互作用，BiCuSeO超晶格表现出高催化选择性，在-0.4至-1.1 V的宽电位范围内甲酸盐法拉第效率FE > 90%。重要的是，活性/导电层交替堆叠的天然超晶格能够作为催化模型，为高效CO₂RR催化剂及其他催化剂的开发提供有价值的参考。

Active and Conductive Layer Stacked Superlattices for Highly Selective CO₂ Electroreduction. Nature Communications, 2022. DOI:10.1038/s41467-022-29699-2