化石燃料过度使用带来的环境问题日益凸显，寻求减少CO₂排放的可行途径变得愈发迫切。在这一背景下，由于利用可再生电力驱动的CO₂还原反应（CO₂RR）具有较高的能量转换效率、温和的反应条件及简便的操作流程等优势，已成为一种极具潜力的解决方案。在这一过程中，甲酸作为CO₂RR的关键产物之一，其经济价值不容忽视。然而，在实际应用中，特别是在安培级电流密度下，水系电解液中含碳中间体的存在和竞争性析氢反应往往会阻碍甲酸在特定CO₂RR电催化剂上的高效生成，这成为了一个亟待解决的问题。

近日，安徽师范大学毛俊杰教授和杨健教授通过电化学构建Bi₂S₃预催化剂（BiS-1）设计了一种S掺杂的金属Bi催化剂，实现了在全pH电解液中安培级电流密度下高效生产甲酸。该工作进一步提高了铋基材料在eCO₂RR到HCOOH活性、选择性以及稳定性等指标的上限。

研究发现BiS-1催化剂在flow cell中拥有超高活性。在碱性、中性和酸性条件下，甲酸的部分电流密度分别达到了1.90、1.88和1.21 A cm^-2，并且在酸性条件下二氧化碳单程转化率可以达到65.4%。在工业电流密度下的稳定性测试中，可分别在碱性、中性和酸性条件下稳定运行16 h、12 h和 30 h。

原位同步辐射、原位红外和原位拉曼等表征结果表明，BiS-1催化剂在重构后转化为铋单质，并且仍有S残留在其中。适当的S掺杂可以调控催化剂的电子结构，降低HCOO*中间体的生成能垒，显著增强了电催化CO₂还原生成甲酸的催化活性。

本工作不仅在一系列pH电解液中实现了电催化CO₂转化为甲酸的高性能，同时展示了一种将CO₂RR与甘油氧化反应（GOR）耦合的策略。通过引入GOR来替代动力学上缓慢的析氧反应，在膜电极中实现了阴阳极同时生产甲酸，显著降低了能量消耗和起始电位，显示出在电催化CO₂RR和GOR生产甲酸方面广阔的应用前景。