在膜电极组件（MEA）电解槽中，通过电化学合成将二氧化碳（CO₂）还原为甲酸盐并实现工业化，需要同时调整电催化剂和界面水微环境。
基于此，2025年3月20日，北京大学郭少军等人在国际知名期刊Nature Synthesis发表题为《Industrial-level CO2 to formate conversion on Turing-structured electrocatalysts》的研究论文。
在此，作者制备了一系列图灵结构拓扑电催化剂，通过调节表面的氧化物亲和性来控制界面水的取向，从而在工业级别上将 CO₂ 转化为甲酸盐。
实验和理论结果证实了界面水的取向被精确调控，图灵结构拓扑催化剂上四配位与二配位氢键合界面水的比例在 0.26 至 3.10 之间。
作者进一步证明了这些策略在维持甲酸盐电合成高效率方面的有效性，其适用于广泛的工业级电流密度（300–1,000 mA cm⁻²），并构建了火山关系来描述这种关系。
最优的图灵 Sb0.1Sn0.9O₂ 催化剂在 1,000 mA cm⁻² 下实现了 92.0% 的甲酸盐法拉第效率，并在膜电极组件电解槽中于 500 mA cm⁻² 下展现出 200 小时的稳定性。
这项研究结果突显了通过拓扑介导的界面水微环境调控来实现 CO₂ 转化为甲酸盐的工业化前景，并有望对其他有价值化学物的电合成产生积极影响。
Ye, N., Wang, K., Tan, Y. et al. Industrial-level CO2 to formate conversion on Turing-structured electrocatalysts. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00769-9
