Facile CO2 Electro-Reduction to Formate via Oxygen Bidentate Intermediate Stabilized by High-Index Planes of Bi Dendrite Catalyst

催化作用 密度泛函理论 格式化 枝晶(数学) 选择性 材料科学 电化学 纳米技术 化学工程 化学 组合化学 计算化学 物理化学 有机化学 电极 几何学 工程类 数学
作者
Jai Hyun Koh,Da Hye Won,Taedaehyeong Eom,Nak-Kyoon Kim,Kwang‐Deog Jung,Hyungjun Kim,Yun Jeong Hwang,Byoung Koun Min
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:7 (8): 5071-5077 被引量:313
标识
DOI:10.1021/acscatal.7b00707
摘要

Electrochemical CO2 conversion to chemical products is a promising strategy for sustainable industrial development. However, the success of this approach requires an in-depth understanding of catalysis because it involves highly complex multistep reactions. Herein, we suggest a rational design of a hierarchical Bi dendrite catalyst for an efficient conversion of CO2 to formate. A high selectivity (∼89% at −0.74 VRHE) and, more importantly, a stable performance during long-term operation (∼12 h) were achieved with the Bi dendrite. Density functional theory (DFT) is used to investigate three possible reaction pathways in terms of surface intermediate, and the one via *OCOH surface intermediate is calculated to be the most energetically feasible. DFT calculations further elucidate the plane-dependent catalytic activity and conclude that the high-index planes developed on the Bi dendrite are responsible for the sustainable performance of Bi dendrite. We expect that our experimental and theoretical study will provide a fundamental guideline for the CO2-to-formate conversion pathway as well as design principles for enhancing the catalytic performance.
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