Dynamic Reconstruction of Two‐Dimensional Defective Bi Nanosheets for Efficient Electrocatalytic Urea Synthesis

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作者
Yan Wang,Shuai Xia,Rui Cai,Jianfang Zhang,Cuiping Yu,Jiewu Cui,Yong Zhang,Jingjie Wu,Yucheng Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (16) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/anie.202318589
摘要

Abstract Abstract:Catalyst surface dynamics drive the generation of active species for electrocatalytic reactions. Yet, the understanding of dominant site formation and reaction mechanisms is limited. In this study, we thoroughly investigate the dynamic reconstruction of two‐dimensional defective Bi nanosheets from exfoliated Bi 2 Se 3 nanosheets under electrochemical CO 2 and nitrate (NO 3 − ) reduction conditions. The ultrathin Bi 2 Se 3 nanosheets obtained by NaBH 4 ‐assisted cryo‐mediated liquid‐phase exfoliation are more easily reduced and reconstructed to Bi nanosheets with high‐density grain boundaries (GBs; GB‐rich Bi). The reconstructed GB‐rich Bi catalyst affords a remarkable yield rate of 4.6 mmol h −1 mg cat. −1 and Faradaic efficiency of 32 % for urea production at −0.40 V vs. RHE. Notably, this yield rate is 2 and 8.2 times higher than those of the low‐GB Bi and bulk Bi catalysts, respectively. Theoretical analysis demonstrates that the GB sites significantly reduce the *CO and *NH 2 intermediate formation energy and C−N coupling energy barrier, enabling selective urea electrosynthesis on the GB‐rich Bi catalyst. This work will trigger further research into the structure‐activity interplay in dynamic processes using in situ techniques.
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