In Situ Structure Refactoring of Bismuth Nanoflowers for Highly Selective Electrochemical Reduction of CO2 to Formate

材料科学 电催化剂 格式化 电化学 法拉第效率 化学工程 纳米技术 催化作用 电极 物理化学 化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Songyuan Yang,Minghang Jiang,Wenjun Zhang,Yi Hu,Junchuan Liang,Yaoda Wang,Zuoxiu Tie,Zhong Jin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (37) 被引量:80
标识
DOI:10.1002/adfm.202301984
摘要

Abstract The electrocatalytic CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) has been considered a promising route toward carbon neutrality and renewable energy conversion. At present, most bismuth (Bi) based electrocatalysts are adopted to reduce CO 2 to formate (HCOOH). However, the mechanism of different Bi nanostructures on the electrocatalytic performance requires more detailed exposition. Herein, a combined chemical replacement and electrochemical reduction process is reported to realize in situ morphology reconstruction from Bi@Bi 2 O 3 nanodendrites (Bi@Bi 2 O 3 ‐NDs) to Bi nanoflowers (Bi‐NFs). The Bi@Bi 2 O 3 ‐NDs are proven to undergo a two‐step transformation process to form Bi‐NFs, aided by Bi 2 O 2 CO 3 as the intermediate in KHCO 3 solution. Extensive surface reconstruction of Bi@Bi 2 O 3 ‐NDs renders the realization of tailored Bi‐NFs electrocatalyst that maximize the number of exposed active sites and active component (Bi 0 ), which is conducive to the adsorption and activation of CO 2 and accelerated electron transfer process. The as‐prepared Bi‐NFs exhibit a Faradaic efficiency (FE formate ) of 92.3% at −0.9 V versus RHE and a high partial current density of 28.5 mA cm −2 at −1.05 V versus RHE for the electroreduction of CO 2 to HCOOH. Moreover, the reaction mechanism is comprehensively investigated by in situ Raman analysis, which confirms that *OCHO is a key intermediate for the formation of HCOOH.
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