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电化学CO215px;">还原反应(CO2RR)为实现碳中和提供了一种可持续的途径。在CO2RR过程中,惰性CO2分子的活化需要施加负电位,通常导致常用的Bi基催化剂的结构和相转化。许多研究集中在通过调控Bi基纳米材料前驱体重构。其中,晶格应变反映了晶格从其平衡态的变形。在过去的几年中,应变工程越来越多地用于调节催化剂的效能,这可以调节原子间的内在效能来修饰电催化剂的电子结构。受此启发,引入晶格应变以增强Bi纳米片的内在效能是非常理想的。


近日,大连理工大学王新葵和王敏等报道了一种结晶度介导的重构策略,用于设计晶格压缩Bi纳米片以实现高效的CO2电还原。XRD和SEM表征结果证明,CO2RR反应后,低结晶度BiOCl(BOC-L)和高结晶度BiOCl(BOC-H)被重建成Bi纳米片(Bi NS-L和Bi NS-H)。
原位XRD结果表明,高结晶度BOC-H经历较慢的重构,产生有序的Bi纳米片;而BOC-L经历了更快的重建过程,这可能是由于其结晶度较低且更容易坍塌重建,导致形成具有压缩应变的Bi NS-L。压缩应变增强了CO2的吸附,有助于提高了Bi纳米片的效能。


因此,Bi NS-L表现出增强的CO2RR性能,与Bi NS-H (89.1%和- 31.4 mA cm-2)相比,实现了更高的甲酸盐法拉第效率(94.8%)和更高的电流密度(-48.5 mA cm-2)。在流动池中,Bi NS-L在一个宽的电位窗口(-0.5至-1.3 VRHE)内保持甲酸盐法拉第效率高于90%,在-1.3 VRHE时实现了247.49 mA cm-2的电流密度。
此外,利用甘油氧化反应(GOR)替代OER,CO2RR/GOR耦合系统在电流密度为200 mA cm-2时的甲酸盐生产速率高达 3965.6 μmol h-1 cm-2,电压仅为2.3 V,显著低于相同条件下CO2RR/OER系统所需的电压(2.5 V)。
Low-crystallinity-induced lattice-distorted bismuth nanosheets for enhanced electrocatalytic CO2 reduction to formate. Nano Letters 2025. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c02163

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