Electrochemically Driven Interfacial Transformation For High‐Performing Solar‐To‐Fuel Electrocatalytic Conversion

材料科学 纳米棒 电催化剂 法拉第效率 纳米片 纳米技术 化学工程 二氧化碳电化学还原 能量转换效率 选择性 异质结 电化学 电极 光电子学 催化作用 生物化学 工程类 物理化学 化学 一氧化碳
作者
Bari Wulan,Lanling Zhao,Dongxing Tan,Xueying Cao,Jizhen Ma,Jintao Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (19) 被引量:56
标识
DOI:10.1002/aenm.202103960
摘要

Abstract The carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) suffers from poor selectivity with low Faradaic efficiency and limited current density due to the lack of advanced electrocatalysts. Herein, it is demonstrated that the electrochemically driven interfacial transformation of bismuth sulfide (Bi 2 S 3 ) nanorods enables the in situ formation of a 3D bismuth nanosheet network (BiNN) on functionalized carbon fibers (BiNN‐CFs). Notably, the formation of an ideal heterojunction with self‐driven charge migration facilitates the composition conversion with rapid reduction of Bi 2 S 3 nanorods in seconds. The functionalization of CFs via Joule heating of the polytetrafluoroethylene coating induces an interfacial interaction for the simultaneous morphology evolution into the hierarchical BiNN via the recrystallization process. More importantly, the hierarchical BiNN‐CFs display improved performance for the CO 2 RR, including reasonable selectivity for formate generation (≈92%) in the broad potential range, a large partial current density of 419 mA cm –2 , and good long‐term stability. Theoretical understanding elucidates that the lattice distortion tunes the p‐band center for optimizing the intermediate adsorption, and thus improving the electrocatalytic activity. Of particular note, the solar‐driven CO 2 –H 2 O full cell also demonstrates a promising energy conversion efficiency of 13.3%. These advances demonstrate the large space to optimize electrocatalysis that stems from the rational regulation of interfacial structure and properties.
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