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Small：二維Bi納米晶的可控結(jié)晶，增強(qiáng)寬pH范圍內(nèi)CO2電還原活性

二維低熔點(diǎn)(LMP)金屬納米晶以其獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，顯示出廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于低標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位、低熔點(diǎn)、較差的晶體對(duì)稱(chēng)性等因素的限制，這類(lèi)微晶的成核(還原)和生長(zhǎng)(結(jié)晶)過(guò)程仍然難以控制。

近日，北京理工大學(xué)殷安翔課題組報(bào)道了一種可控還原-熔融-結(jié)晶法(RMC)，用于選擇性地制備表面幾何/電子結(jié)構(gòu)可調(diào)的超薄、自支撐、無(wú)表面活性劑的鉍納米片。

具體而言，RMC策略可以分離金屬納米晶的還原和結(jié)晶階段：鉍鹽首先被乙二醇(EG)還原形成金屬鉍(由于其熔點(diǎn)非常低而熔化成鉍滴)；接下來(lái)，在結(jié)晶過(guò)程中，通過(guò)快速冷凍納米鉍液滴可以獲得單分散的圓形鉍納米顆粒(r-BiNPs)，而在更高的溫度下通過(guò)更慢的結(jié)晶過(guò)程可以制備規(guī)則的扁平鉍納米片(f-BiNFs)。

此外，鉍的水敏性賦予了對(duì)鉍納米片的結(jié)構(gòu)和形態(tài)的額外控制。向EG溶液中引入微量的水會(huì)擾亂鉍的結(jié)晶，產(chǎn)生超薄的鋸齒狀鉍納米片(j-BiNSs)，其富含表面孔隙和階梯邊緣。

在常溫條件下，Bi的鋸齒狀納米片、扁平納米片和納米球?qū)O₂在水溶液中的電催化還原作用存在顯著差異。理論計(jì)算和電化學(xué)研究顯示，j-BiNS的豐富階梯邊可選擇性地增強(qiáng)對(duì)CO₂的吸附，并提高Bi表面電催化CO₂還原反應(yīng)(CO₂RR)的速率控制步驟(RDS)。

結(jié)果表明，j-BiNSs比f-BiNSs和r-BiNPs具有更高的甲酸鹽選擇性和活性，并且其在強(qiáng)酸性(FE=90.7%，j=108.5 mA cm^?2，?1.2 V_RHE)，近中性(FE=96.0%，j=127.6 mA cm^?2，?1.0 V_RHE)和強(qiáng)堿性(FE=98.6%，j=210 mA cm^?2，?0.6 V_RHE)溶液中表現(xiàn)出高CO₂RR性能。綜上，該項(xiàng)工作所提出的RMC策略實(shí)現(xiàn)了LMP金屬納米材料的可控溶液合成，這在研究其結(jié)構(gòu)相關(guān)性能方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

Controllable Crystallization of Two-Dimensional Bi Nanocrystals with Morphology-Boosted CO₂ Electroreduction in Wide pH Environments. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202301639

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