Highly stable two-dimensional bismuth metal-organic frameworks for efficient electrochemical reduction of CO2

电化学 法拉第效率 羧酸盐 材料科学 金属有机骨架 可逆氢电极 选择性 金属 无机化学 电极 化学 立体化学 催化作用 有机化学 物理化学 工作电极 吸附
作者
Fang Li,Geun Ho Gu,Changhyeok Choi,Praveen Kolla,Song Hong,Tai‐Sing Wu,Y. L. Soo,Justus Masa,Sanjeev Mukerjee,Yousung Jung,Jieshan Qiu,Zhenyu Sun
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:277: 119241-119241 被引量:129
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119241
摘要

We report a unique 2D bismuth metal-organic framework (Bi-MOF) that possesses permanent accessible porosity for efficient electrochemical CO2 reduction (ECR) to HCOOH. The 2D open-framework structure with helical Bi-O rods bridged by tritopic carboxylate ligands exhibits a remarkable Faradaic efficiency for HCOOH formation over a broad potential window, reaching 92.2 % at ∼ –0.9 V (vs. reversible hydrogen electrode, RHE) with excellent durability over 30 h. The mass-specific HCOOH partial current density is up to 41.0 mA mgBi−1, exceeding 4 times higher than that of commercial Bi2O3 and Bi sheets at ∼ –1.1 V (vs. RHE). Operando and ex-situ X-ray absorption fine structure spectroscopy revealed a structural feature associated with Bi-MOF to preserve Bi(3+) during and after long-term ECR. Theoretical calculations further showed that the crystallographically channels with abundant Bi active sites in the MOF structure favor the formation of *HCOO while suppressing the side-reaction of hydrogen evolution, thereby leading to the high selectivity for HCOOH.
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