南京大学现代工程与应用科学学院钟苗、多伦多大学Edward H Sargent、南京大学匡亚明学院董浩研究团队通过物理气相沉积方法，在气体扩散电极上（10 cm × 10 cm）制备了Bi_0.1Sn合金催化剂薄膜（~0.5 – 1 μm）。理论计算表明，5-12.5 at.%的Bi掺杂到Sn和SnO₂晶格中，能优化表面Sn原子对CO₂还原到甲酸中间体*OCOH的吸附能，从而降低电催化产甲酸的反应电位。通过性能测试及原位表征，在电催化CO₂还原反应过程中，Bi_0.1Sn合金催化剂表面能够形成一层50-100 nm、均匀覆盖、致密的Sn-Bi/SnO₂保护层：1）基于Bi和Sn电负性差异和阴极反应环境，表面保护层内Sn:SnO₂ redox couple能实现氧化还原自调节功能，长时间稳定Bi处于金属态Bi0，提供大量高活性的Bi-Sn和Bi-Sn-SnO₂反应位点；2）Sn-Bi/SnO₂薄层的导电性接近金属，在反应过程中均匀分配表面电场，管理材料表面电场、离子、反应物浓度；3）致密Sn-Bi/SnO₂能有效稳固材料表面结构，防止重构而导致的活性位点丢失。理论计算进一步证实，在BiySn₆₄(y = 1, 2, 4, 8)广泛组成中， Bi_1-8Sn₆₄/SnO₂材料对甲酸的生成具有类似Bi_1-8Sn₆₄的高活性。因此，Bi_0.1Sn催化剂表面原位形成氧化还原调节的Sn-Bi/SnO₂平衡，实现了结构稳定、保护和高活性的Sn-Bi/SnO₂催化表面。本工作以“Stable, active CO₂ reduction to formate via redox-modulated stabilization of active sites”为题于在线发表在Nature Communications上.