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駱靜利ACS Nano：具有固有疏水性的CNF上的Bi2O3 NSs用于在寬電位窗口中進(jìn)行高性能CO2電還原

在二氧化碳（CO₂）減排的研究中，CO₂電還原（CER）生成甲酸鹽是將CO₂轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品的最有希望的方法之一。然而，為了實(shí)現(xiàn)甲酸鹽的高產(chǎn)率，現(xiàn)有的CER催化劑在寬電位窗口內(nèi)保持甲酸鹽的高選擇性和活性方面沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。

近日，加拿大阿爾伯塔大學(xué)駱靜利教授（通訊作者）等人報(bào)道了一種在具有固有疏水性的碳納米纖維（CNF）上生長(zhǎng)的Bi₂O₃納米片（Bi₂O₃ NSs）催化劑。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該催化劑在1000 mV的極寬電位窗口內(nèi)實(shí)現(xiàn)了102.1 mA cm^-2的甲酸鹽峰值電流密度和>93%的甲酸鹽法拉第效率，比目前已報(bào)道的所有相關(guān)成就都要好。

此外，CNF上的Bi₂O₃ NSs在流動(dòng)池系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出良好的抗?jié)B能力，可以提供300 mA cm^-2的電流密度。

通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬表明，疏水性碳表面能夠排斥水分子，形成穩(wěn)定的固-液-氣三相界面和濃CO₂層；二者都可以在局部高濃度CO₂的情況下提高CER活性，并通過(guò)減少質(zhì)子接觸抑制析氫反應(yīng)（HER）。

這種防水作用還增加了催化劑表面的局部pH值，從而進(jìn)一步抑制了HER。更重要的是，這種疏水工程的概念和方法可以廣泛適用于CER生產(chǎn)甲酸鹽的其他材料。

Bi₂O₃ Nanosheets Grown on Carbon Nanofiber with Inherent Hydrophobicity for High-Performance CO₂ Electroreduction in a Wide Potential Window. ACS Nano, 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c05737.

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05737.

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/18/749c32fdb4/

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