构建高效双功能电催化剂是水耦合CO₂共电解产生增值产品的重要基础。锡基材料被认为是一种理想的二氧化碳还原阴极材料。然而，二氧化碳还原过程中的阳极析氧反应（OER）能垒高，且氧气产物价值低。尽管采用有机底物分子氧化能够有效抑制析氧反应，但其有限的溶解度不利于在较大电流条件下电解，且部分反应产物在催化剂表面的特异性吸附会诱导催化剂部分失活甚至毒化。因而，寻找具有更高兼容性的氧化增值半反应和开发双功能催化剂对构建高效和高收益的二氧化碳还原催化系统极为重要。

近日，华中科技大学游波教授、夏宝玉教授与中南大学刘金龙教授合作，以锌掺杂氧化锡纳米点（Zn/SnO₂）为双功能电极材料，构筑了水耦合CO₂共电解系统。在该系统中，阳极仍以大量的水为底物，Zn/SnO₂通过两电子路径选择性的将其氧化为高附加值的过氧化氢化学品，实现了阴极甲酸和阳极过氧化氢的同步电化学合成。

通过实验和理论计算发现，在水氧化过程中，锌掺杂抑制了单电子和四电子水氧化路径，促进了两电子水氧化路径，从而提高了产过氧化氢的选择性。同位素标记实验和原位红外光谱表发现过氧化氢是通过吸附态OH的耦合生成。在二氧化碳还原过程中，锌掺杂使二氧化碳的吸附位点由Sn-Sn转变为Zn-Sn，这种吸附位点的转变增强了催化剂对二氧化碳的吸附，促进了二氧化碳的转化，并且通过半原位EPR反应和原位红外光谱发现了二氧化碳还原为甲酸的中间体*OCHO。

最后，将水氧化和二氧化碳两个半反应组建了一个复合催化系统，在150 mA cm^-2电流条件下可稳定运行60 小时，且具有较高的过氧化氢和甲酸生成的选择性（80.6% FE_H2O2 and 92.2% FE_HCOO-）。

本研究为双功能催化剂的设计和对电合成体系提供了新的思路，这种通过双功能催化剂耦合阳极和阴极反应的复合策略可以扩展到其他电化学反应中，以实现高赋值化学品的高效联产。