近日，南方科技大學化學系教授權澤衛課題組在新型納米合金材料領域取得最新進展，該成果以“Novel Bi-Doped Amorphous SnOx Nanoshells for Efficient Electrochemical CO2 Reduction into Formate at Low Overpotentials”為題發表在材料領域頂級期刊《先進材料》（Advanced Materials）。

價格低廉、無毒、環境友好的金屬錫（Sn）與鉍（Bi）在能源轉化和存儲等領域有著廣泛應用。然而，由于Sn與Bi的晶格失配大（>22%）、易相分離和氧化、以及二者之間相容性低于2 at%，使得純相Sn1-xBix合金材料的制備及其物化性質的研究成果較少被報道。該研究中，團隊首次在無水無氧的條件下通過一鍋濕化學法制備出結構穩定、組分可調的四方相Sn1-xBix合金納米晶，其中Bi的含量可以達到20 at%，遠超過的研究結果（<2 at%）。

核殼Sn0.80Bi0.20@Bi-SnOx納米顆粒的結構表征

一般來說，Sn與Bi都是對空氣敏感且易于氧化的金屬。因此，當Sn1-xBix合金納米晶暴露在空氣中時，表層的Sn與Bi原子會發生氧化形成無定型的納米氧化層。通過雙球差電鏡（HAADF-STEM）、原子分辨級電子能量損失光譜（EELS）、以及X-光電子能譜（XPS）等一系列表征，團隊進一步揭示了該納米氧化層是一種零價Bi原子摻雜的無定型SnOx結構。形成該結構的原因可能是Sn與Bi的競爭氧化，具有較高氧親和能的Sn會首先被氧化成無定型的SnOx,然后將Bi原子錨定在其中，最后形成這種特殊而又新穎的零價Bi原子摻雜的無定型SnOx納米殼層。

Sn0.80Bi0.20@Bi-SnOx催化劑CO2還原性能

團隊進一步研究了新型的零價Bi原子摻雜的無定型SnOx納米殼層在CO2電化學還原中的性能。該催化劑在較寬的低電位區間（-0.67到 -0.92 V vs RHE）具有很高的甲酸產率（>90%），該性能遠超此前研究出來的氧化錫類催化劑。通過詳細的電催化分析和對應的密度泛函理論計算，團隊揭示了該結構優越的性能是由于Bi原子摻入SnOx中抑制了H2和CO的形成，從而促進了甲酸的產生。

該研究中，權澤衛為唯一通訊作者，化學系科研助理楊琦為論文第一作者。該工作得到了廣西大學化學化工學院教授沈培康和南科大化學系副教授段樂樂的大力支持。該研究工作得到基金委、科技部、教育部重點實驗室等項目的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002822