在溫和條件下，利用電催化還原將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)產(chǎn)品和燃料，為解決化石能源危機(jī)與環(huán)境污染問題提供了富有前景的策略。然而，穩(wěn)定的二氧化碳分子導(dǎo)致其電催化還原面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，高選擇性和高活性電催化劑的設(shè)計(jì)是解決限制二氧化碳還原性能的關(guān)鍵。
碳載體不僅可以分散電催化活性位點(diǎn)，還可以提供有效的電子傳輸路徑，從而強(qiáng)化金屬與碳載體間的協(xié)同優(yōu)勢(shì)促進(jìn)二氧化碳的高效轉(zhuǎn)化。但是，高溫碳化合成過程中，通常金屬納米顆粒利用熱驅(qū)動(dòng)的聚集與團(tuán)聚來降低自身的表面能，不可避免地導(dǎo)致活性面積的損失和催化的失活。
近日，山東大學(xué)張進(jìn)濤教授課題組，以碳包覆鉍核殼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，耦合低熔點(diǎn)鉍的熱擴(kuò)散效應(yīng)與碳限域作用提出了一種熱解驅(qū)動(dòng)的活性位點(diǎn)調(diào)控與優(yōu)化新策略，構(gòu)筑了空心碳?xì)ぶ需偳躲G納米顆粒的電催化劑，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的高效電催化還原。
針對(duì)熱處理過程中的熔融和團(tuán)聚問題，碳?xì)ぐ驳南抻蜃饔每捎行б种沏G核的進(jìn)一步團(tuán)聚。在核殼結(jié)構(gòu)的限域空間中，熱驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)散過程使鉍核逐步分散到空心碳?xì)ぶ行纬杉{米顆粒。同時(shí)，鉍金屬的蝕刻作用創(chuàng)造形成多孔結(jié)構(gòu)。因此，中空多孔碳?xì)ぜ饶芴峁┯行У碾娮优c離子傳輸通道，又發(fā)揮氮摻雜碳的錨定作用抑制鉍的聚集與失活，從而有效強(qiáng)化電催化過程實(shí)現(xiàn)二氧化碳的穩(wěn)定電催化轉(zhuǎn)化。 原位表征技術(shù)和理論計(jì)算結(jié)果表明，鉍鑲嵌的碳?xì)ぶ锌战Y(jié)構(gòu)可有效強(qiáng)化碳載體與金屬間的相互作用降低二氧化碳的還原能壘。同時(shí)，中空多孔結(jié)構(gòu)利用局部限域環(huán)境調(diào)節(jié)中間體的選擇性，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的選擇性轉(zhuǎn)化。 該工作中，張進(jìn)濤教授團(tuán)隊(duì)提出了低熔點(diǎn)金屬的熱驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散調(diào)控新策略，發(fā)揮碳?xì)さ南抻蜃饔脤G納米顆粒分散到空心多孔碳中，從而解決電催化過程中活性位點(diǎn)的聚集和失活問題，為設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的電催化劑提供了新思路。 論文信息 Thermal-Driven Dispersion of Bismuth Nanoparticles among Carbon Matrix for Efficient Carbon Dioxide Reduction Weijian Guo, Dr. Xueying Cao, Dr. Dongxing Tan, Dr. Bari Wulan, Jizhen Ma, Prof.?Dr. Jintao Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202401333
