图4a展示了在1 M KOH电解液的流动池中,BiSbInCdSn-O₄电催化剂显著增加了催化系统的电流密度,达到了约150 mA cm⁻²。图4e为在流动池中BiSbInCdSn-O₄在-1.0 V相对于RHE的稳定性测试。在流动池中,BiSbInCdSn-O₄的甲酸法拉第效率可以维持98%长达100小时,表明了其出色的催化和结构稳定性。
图6a展示了太阳能驱动的CO₂-HMF分裂装置的示意图。图6b为太阳能电池和电化学池的I-V曲线。图6c为氧化反应过程中HMF及其产物的浓度变化。图6d为BiSbInCdSn-O₄在CO₂-HMF系统中的甲酸法拉第效率。利用BiSbInCdSn-O₄作为CO₂RR阴极和Ni(OH)₂/NF作为糠醛氧化阳极的双电极电解池系统,实现了生物质的高附加值转化。该电解器由GaInP/GaAs/Ge太阳能电池驱动,无需外部偏压,运行在2.07 V和11.4 mA cm⁻²。长期稳定性测试表明,随着FDCA的主导生成,HMF逐渐消耗。当糠醛氧化与CO₂RR耦合时,太阳能电池驱动的系统展现了81%的FDCA产率和99%的HMF转化率。
总结与展望
本研究通过快速焦耳加热策略在碳载体上原位负载小于5纳米的高熵氧化物(HEO)纳米粒子,从而提高了活性位点的分散性,增强了电催化性能。BiSbInCdSn-O₄电催化剂在将二氧化碳还原成甲酸的过程中表现出了强大的催化活性,并在152 mA cm⁻²的电流密度下保持了超过100小时的优异稳定性。在膜电极组装(MEA)电解槽中,BiSbInCdSn-O₄电催化剂在3V的电池电压下实现了350 mA cm⁻²的甲酸生成电流密度,并保持了24小时的良好稳定性。 密度泛函理论(DFT)结果揭示了BiSbInCdSn-O₄中长程的Bi和In位点由于电子供体-受体相互作用,有助于二氧化碳的桥接吸附,从而促进了选择性活化和氢化生成甲酸。此外,将电催化CO₂还原(eCO₂RR)与生物质升级在单一电解池中耦合,实现了太阳能到化学能的高效转换,达到了约14.5%的太阳能到燃料的效率。这些发现突出了HEO电催化剂的应用前景,并为根据类似原理增强电催化提供了对HEOs中电子相互作用空间结构的深入见解。