將CO2電化學(xué)還原為增值碳?xì)浠衔锖腿剂?如，甲酸)為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了一條途徑。低毒、儲量豐富的Bi基材料是甲酸鹽電生產(chǎn)的優(yōu)秀候選者，而對于大多數(shù)Bi基催化劑，其催化效率和選擇性仍不足以滿足工業(yè)ECO2RR的需求。有文獻(xiàn)報道，異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程在調(diào)節(jié)材料界面方面起著至關(guān)重要的作用，其促進(jìn)了先進(jìn)催化中的電子傳輸途徑。
在此，南方科技大學(xué)陳洪和段樂樂等通過熔融堿輔助脫鋁策略，成功合成了一種新型Bi2O3/BiO2異質(zhì)結(jié)催化劑，并在電催化ECO2RR中表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)動力學(xué)。
原位X射線衍射和拉曼光譜分析顯示，所制備的Bi2O3/BiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以轉(zhuǎn)化為新型Bi/BiO2莫特-肖特基異質(zhì)結(jié)構(gòu)。理論計算表明，Bi/BiO2的產(chǎn)生提高了對CO2和*OCHO中間體的吸附性能，甲酸鹽優(yōu)先在Bi/BiO2上生成，從而提高了其在ECO2RR過程中的甲酸鹽選擇性。
因此，該催化劑在較寬的電位窗口(-0.9 VRHE至-1.3 VRHE)中實現(xiàn)了大于95%的甲酸鹽的高選擇性以及-111.42 mA cm-2的最佳部分電流密度；Bi2O3/BiO2在-3.7 V的全電池電壓下實現(xiàn)了-220 mA cm-2的電流密度和95.4%的高FE甲酸鹽，并且在反應(yīng)過程中沒有觀察到明顯的電流密度波動，以及FE甲酸鹽幾乎保持不變，這表明它具有出色的穩(wěn)定性。
這是目前報道的性能最好的Bi基ECO2RR催化劑。這項工作報告了一種用于ECO2RR的新型異質(zhì)結(jié)電催化劑的構(gòu)建和對結(jié)構(gòu)動力學(xué)的見解，這為合理設(shè)計用于ECO2RR及其他應(yīng)用的高效異質(zhì)結(jié)電催化劑提供了指導(dǎo)。
Bi2O3/BiO2 Nanoheterojunction for Highly Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction to Formate. Nano Letters, 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04683
