利用可再生能源将CO₂电催化转化为高附加值化学品，有助于构筑绿色化工过程和实现碳中和。将CO₂转化为甲酸是最具有经济可行性的途径之一，但目前没有催化剂能同时满足商业应用对活性、选择性和稳定性的要求。铋基催化剂通常具有较高的甲酸选择性，但催化剂在长时间反应过程中易重构，活性位结构目前仍存在争议。因此解析铋基催化剂真正的活性位对于设计能够满足工业化要求的催化剂十分必要。

近日，厦门大学王野教授&谢顺吉教授团队制备了一种由硫化铋前驱体衍生的铋团簇与碳酸氧铋纳米片(Bi⁰/Bi₂O₂CO₃)组成的纳米复合物催化剂，该催化剂在碱性流动电解池（图1a）中CO₂还原反应电流密度高达2.0 A cm⁻²，且甲酸盐法拉第效率为93%（图1b），此时甲酸盐的单程收率可达67%（图1d）。在工业级电流密度下，该催化剂可连续稳定运行100 h（图1e）。进一步将催化剂应用于固态电解质电解池反应器（图1f），可连续生产浓度为3.5 mol L⁻¹的纯甲酸水溶液。从多角度评估，该催化剂的综合催化性能为目前报道中的最优性能。

结合扫描电镜、透射电镜、工况条件下的原位拉曼和原位同步辐射X射线吸收光谱，揭示了反应条件下硫化铋前驱体完全衍变成金属铋团簇与碳酸氧铋纳米片复合结构。

结合不同反应条件下的XRD与循环伏安扫描结果证明了CO₂气氛与局部强碱性环境共同促进了碳酸氧铋的形成，而施加的负电位是铋团簇形成的必要条件，进一步使用金属铋作为前驱体也得到该结构，证明了在碱性CO₂还原条件下铋基催化剂是以金属铋团簇与碳酸氧铋纳米片共存的状态存在。而不同前驱体衍生的铋基催化剂的活性差异源于电化学活性面积的不同。

DFT理论计算结果表明铋团簇与碳酸氧铋之间存在电荷转移，界面处的铋原子通过促进CO₂活化以及调节HCOO*中间体的吸附成为活性最高的反应位。

总之，该工作报道了一种由硫化铋衍生的金属铋团簇与碳酸氧铋纳米片复合催化剂，实现了CO₂高效电催化还原反应，解决了铋基催化剂在碱性电解液中CO₂还原条件下活性位结构的争议问题，为进一步设计和研制CO₂电还原高效催化剂提供科学基础。