武漢科技大學(xué)魯禮林教授課題組通過原位氫鍵剪切策略成功構(gòu)建了分層級超薄Bi2O2O/Bi2O2(OH)(NO3)納米片。該超薄納米片結(jié)構(gòu)有利于二氧化碳還原反應(yīng)(CO2RR)過程中碳酸氧鉍 (Bi2O2CO3)中間體的形成，在提高二氧化碳還原產(chǎn)甲酸效率的同時保護催化劑中鉍-氧(Bi-O)結(jié)構(gòu)，形成了CO2RR性能提高和催化劑活性保持相互促進的交互作用機制，為穩(wěn)定催化劑活性和提高催化效率提供了新思路。
將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品一直是清潔能源領(lǐng)域研究的熱點。研究表明，Bi-O結(jié)構(gòu)對于CO2RR起到至關(guān)重要的作用，能夠促進CO2快速且高效地轉(zhuǎn)化為甲酸 (HCOOH)或甲酸鹽 (HCOO-)。然而，在陰極電勢的作用下，Bi-O結(jié)構(gòu)易被還原生成金屬Bi，降低HCOOH / HCOO-產(chǎn)物的選擇性。因此，如何保持Bi-O結(jié)構(gòu)在CO2RR中的穩(wěn)定性是該領(lǐng)域需要解決的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。 基于此，武漢科技大學(xué)魯禮林教授課題組以Bi2O2(OH)(NO3)為前驅(qū)體通過原位氫鍵剪切策略成功構(gòu)建了分層級超薄Bi2O2O/Bi2O2(OH)(NO3)納米片(BiON-uts)。BiON-uts展現(xiàn)出顯著的電催化性能，在-1.0 ~ -1.2 V(相對于RHE，可逆氫電極)電壓區(qū)間內(nèi)對HCOO-的電催化效率高達98%，流動池條件下HCOO-的部分電流密度高達230 mA cm-2，具有18 h以上良好的耐久性，超過目前已報導(dǎo)的大部分Bi基催化劑。 機理研究表明，BiON-uts超薄納米片形貌在顯著促進電解質(zhì)中HCO3-與Bi2O2(OH)(NO3)中NO3-的離子交換的同時，其表面的Bi2O2O為CO2RR提供了高活性位點吸附活化CO2生成Bi2O2CO3中間體。密度泛函理論 (DFT)證實，和Bi2O2O表面吸附態(tài)的CO2相比，Bi2O2CO3中間體具有更高的電子親和能，有利于第一電子轉(zhuǎn)移決速步驟的進行，從而顯著提高CO2RR催化活性。更為關(guān)鍵的是，BiON-uts 高效率的CO2RR消耗了大量陰極電子，從而保護Bi-O結(jié)構(gòu)不被還原，以保持其高的電催化活性。該工作提出了一種調(diào)控形貌的氫鍵剪切策略和一種新穎的交互作用機制，不僅有助于提升CO2RR催化性能，而且解決了CO2RR過程中Bi-O結(jié)構(gòu)易被還原這一技術(shù)難題，為開發(fā)高性能CO2RR催化劑提供了一種全新的設(shè)計思路。 論文信息 In-situ Hydrogen Bond Tailoring Constructing Ultrathin Bi2O2O/Bi2O2(OH)(NO3) Nanosheets: Interactive CO2RR Promotion and Bismuth-Oxygen Moiety Preservation Jinjin Ma, Jing Yan, Junjie Xu, Jiaqi Ni, Ruiling Li, Li Li, Lilin Lu* Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202201747 點擊左下角 “ 閱讀原文 ” ，可直達閱讀該論文原文。 Chemistry – A European Journal
