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成果分享 | 田娜/廖洪钢Nano Energy：原位构建Bi@Bi2O2CO3纳米片，实现安培级CO2电还原制甲酸盐
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成果分享 | 田娜/廖洪钢Nano Energy：原位构建Bi@Bi2O2CO3纳米片，实现安培级CO2电还原制甲酸盐

成果分享 | 田娜/廖洪钢Nano Energy：原位构建Bi@Bi2O2CO3纳米片，实现安培级CO2电还原制甲酸盐 CHIPNOVA 超新芯原位电镜
2023-08-04
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导读：通过电化学CO2还原反应(CO2RR)将CO2转化为高价值产品为缓解全球环境问题提供了一种可持续的方法。在众多CO2RR产品中，甲酸/甲酸盐在制药生产和燃料电池中具有较高的应用价值。
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以下内容转载来源：顶刊动态

通过电化学CO2还原反应(CO2RR)将CO2转化为高价值产品为缓解全球环境问题提供了一种可持续的方法。在众多CO2RR产品中，甲酸/甲酸盐在制药生产和燃料电池中具有较高的应用价值。同时，在用于甲酸盐生产的各种催化剂中，铋基催化剂由于具有无毒性和环境友好性的优点，在CO2RR电催化反应中引起了广泛的关注。然而，目前仍缺乏具有高选择性、活性和稳定性的铋基电催化剂以满足实际工业应用的需求。
近日，厦门大学田娜和廖洪钢等以BiPO4为原料，采用电化学原位重构方法设计了Bi@Bi2O2CO3纳米片状催化剂。
实验结果表明，所制备的Bi@Bi2O2CO3催化剂在较宽的操作窗口(300 mV)内甲酸选择性高达90%以上，在-0.9 VRHE时HCOOH的法拉第效率最高可达100%，以及在−1.1 VRHE时HCOOH的部分电流密度高达−80 mA cm-2。
此外，在电流密度为−20 mA cm-2，电压为−0.8 VRHE的连续电解过程中，Bi@Bi2O2CO3表现出110 h的优异耐久性，HCOOH选择性达到了90%以上；同时，该催化剂在流动池中的甲酸盐部分电流密度为−1.2 A cm-2，产率达到22.4 mmol cm-2 h-1。
基于实验分析和密度泛函理论(DFT)计算，得出了Bi@Bi2O2CO3上CO2RR的反应机理：Bi@Bi2O2CO3界面上带正电荷的Bi原子促进了CO2的吸附和随后加氢形成关键*OCHO中间体；并且Bi@Bi2O2CO3受表面Bi原子与*OCHO的p轨道杂化效应的影响，其*OCHO→*HCOOH的加氢自由能低于Bi(012)和Bi@Bi2O2CO3(001)，这促进了Bi@Bi2O2CO3对CO2RR转化为甲酸盐的活性。
综上，该项工作报道了一种制备高性能催化剂的电化学转化策略，这为设计和构建高活性、高稳定性催化剂提供了技术指导。
In-situ constructing Bi@Bi2O2CO3 nanosheet catalyst for ampere-level CO2 electroreduction to formate. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108638

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CHIPNOVA 超新芯原位电镜
超新芯(CHIPNOVA)是早期原位芯片技术开发研究者，拥有MEMS芯片制造和原位电镜方面的资深团队，在电镜中实现了液、气体微环境引入及光、电、力、热等外场控制，在材料、能源、环境、化学、生物等领域广泛应用，促进了人类对微观世界的探索。
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CHIPNOVA 超新芯原位电镜 超新芯(CHIPNOVA)是早期原位芯片技术开发研究者，拥有MEMS芯片制造和原位电镜方面的资深团队，在电镜中实现了液、气体微环境引入及光、电、力、热等外场控制，在材料、能源、环境、化学、生物等领域广泛应用，促进了人类对微观世界的探索。
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