导读：

铋基催化剂可有效地通过电催化将二氧化碳转化为甲酸盐。精确控制铋基催化剂的形态、尺寸和晶面对于实现高选择性和高活性至关重要。近期，大连理工大学刘家旭教授、高岩教授、高峻峰教授开发了一种高效、大规模连续生产策略，通过微流控技术和分子控制精确调节2,5-呋喃二甲酸的用量，成功合成了富含(111)/(200)晶面的多孔Bi₂O₃-FDCA纳米球催化剂。相关研究以“Microfluidic Continuous Synthesis of Size‐ and Facet‐Controlled Porous Bi₂O₃ Nanospheres for Efficient CO₂ to Formate Catalysis”为题目，发表在期刊《Small》上。

本文要点：

1、本研究开发了一种高效、大规模连续生产策略，通过微流控技术和分子控制精确调节2,5-呋喃二甲酸的用量，成功合成了富含(111)/(200)晶面的多孔Bi₂O₃-FDCA纳米球催化剂。

2、理论计算和模拟显示，Bi₂O₃(111)/(200)晶面有助于降低电催化二氧化碳还原反应（ECO₂RR）中甲酸盐生成的过电位。

3、多孔纳米球的形态显著增加了二氧化碳的吸附能力和活性位点。

4、合成的Bi₂O₃-FDCA纳米球在流动池中表现出色，能在高电流密度下稳定运行长达90小时，且甲酸盐的平均法拉第效率超过90%。

5、该工作为高效铋基ECO₂RR催化剂的设计提供了理论指导，并展示了微流控技术在催化剂大规模制备中的应用前景。

全文总结/概括：

微流控技术在合成Bi₂O₃-FDCA纳米球时相较于传统溶剂热法具有以下优势：

1、精确调控反应条件：微流控技术提供了对反应条件（如温度、流速和反应时间）的精确控制能力，这有助于精准调控纳米材料的生长过程和最终形貌。

2、显著缩短反应时间：与传统的溶剂热法相比，微流控技术将Bi₂O₃-FDCA纳米材料的合成时间从48小时大幅缩短至大约20分钟，极大提高了合成效率。

3、提高产物均匀性和分散性：微流控技术制备的纳米球具有更好的尺寸均匀性和分散性，减少了纳米粒子的聚集，从而获得更高质量的催化材料。

4、降低能源消耗和成本：微流控合成过程的高效率和快速反应特性显著降低了能源消耗，与传统方法相比减少了约63倍的能耗，有助于减少生产成本。

5、增强催化活性和选择性：微流控技术能够合成富含特定晶面的纳米材料，这些晶面（如Bi₂O₃的(111)和(200)晶面）有助于提高催化活性和对特定反应路径的选择性。

6、实现连续和规模化生产：微流控技术适合于连续流动反应，为实现纳米催化剂的规模化生产提供了可能，有助于满足工业应用中对催化剂的大量需求。

图1.a）ECO₂RR和c）HER过程的催化性能。d）(111)+*HCOOH、f）(220)+*HCOOH、h）(200)+*OCHO和j）(311)+*OCHO的原子图。e,g,i,k）为中间产物中Bi位点和O的部分态密度。

图2.a）Bi₂O₃-FDCA的制备示意图；b）Bi₂O₃-FDCA-MP的EDS图像；c-e）Bi₂O₃-FDCA-MP的TEM和HRTEM图；f）XRD图；g）2,5-FDCA和Bi₂O₃-FDCA-MP的傅立叶变换红外光谱；h）N₂吸附-解吸等温线。

图3.a）微流控方法制备的三种催化剂的电化学LSV曲线。b）微流控方法制备的三种催化剂在不同电解电位下的甲酸选择性。c）Bi₂O₃-FDCA-MP在不同电位下的电流密度、甲酸盐、CO和H₂的FE。e）Bi₂O₃-FDCA-MP在流动池中于-1.1V（vs.RHE）下电催化90小时的I-T极化曲线和甲酸盐FE。

图4.a）EIS结果图；b）Tafel拟合结果图；c）ECSA拟合结果图；d）OH-吸附曲线，e）ATR-FTIR原位光谱，以及f）ECO₂RR（在不同应用电位下）10分钟后收集的Bi₂O₃-FDCA-MP的原位拉曼光谱。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202403778