武汉科技大学鲁礼林教授课题组通过原位氢键剪切策略成功构建了分层级超薄Bi₂O₂O/Bi₂O₂(OH)(NO₃)纳米片。该超薄纳米片结构有利于二氧化碳还原反应(CO₂RR)过程中碳酸氧铋 (Bi₂O₂CO₃)中间体的形成，在提高二氧化碳还原产甲酸效率的同时保护催化剂中铋-氧(Bi-O)结构，形成了CO₂RR性能提高和催化剂活性保持相互促进的交互作用机制，为稳定催化剂活性和提高催化效率提供了新思路。

将CO₂转化为高附加值化学品一直是清洁能源领域研究的热点。研究表明，Bi-O结构对于CO₂RR起到至关重要的作用，能够促进CO₂快速且高效地转化为甲酸 (HCOOH)或甲酸盐 (HCOO^-)。然而，在阴极电势的作用下，Bi-O结构易被还原生成金属Bi，降低HCOOH / HCOO^-产物的选择性。因此，如何保持Bi-O结构在CO₂RR中的稳定性是该领域需要解决的一个关键科学问题。

基于此，武汉科技大学鲁礼林教授课题组以Bi₂O₂(OH)(NO₃)为前驱体通过原位氢键剪切策略成功构建了分层级超薄Bi₂O₂O/Bi₂O₂(OH)(NO₃)纳米片(BiON-uts)。BiON-uts展现出显著的电催化性能，在-1.0 ~ -1.2 V(相对于RHE，可逆氢电极)电压区间内对HCOO^-的电催化效率高达98%，流动池条件下HCOO^-的部分电流密度高达230 mA cm^-2，具有18 h以上良好的耐久性，超过目前已报导的大部分Bi基催化剂。

机理研究表明，BiON-uts超薄纳米片形貌在显著促进电解质中HCO₃^-与Bi₂O₂(OH)(NO₃)中NO₃^-的离子交换的同时，其表面的Bi₂O₂O为CO₂RR提供了高活性位点吸附活化CO₂生成Bi₂O₂CO₃中间体。密度泛函理论 (DFT)证实，和Bi₂O₂O表面吸附态的CO₂相比，Bi₂O₂CO₃中间体具有更高的电子亲和能，有利于第一电子转移决速步骤的进行，从而显著提高CO₂RR催化活性。更为关键的是，BiON-uts 高效率的CO₂RR消耗了大量阴极电子，从而保护Bi-O结构不被还原，以保持其高的电催化活性。该工作提出了一种调控形貌的氢键剪切策略和一种新颖的交互作用机制，不仅有助于提升CO₂RR催化性能，而且解决了CO₂RR过程中Bi-O结构易被还原这一技术难题，为开发高性能CO₂RR催化剂提供了一种全新的设计思路。