晶格应变和异质界面工程协同促进铋基催化剂高效电催化CO2还原生成甲酸(英文)

作者：魏晓倩; 李子健; Haeseong Jang; Min Gyu Kim; 秦清^*; 刘希恩^*

来源：Science China-Materials, 2023, 66(04): 1398-1406.

表面应力耦合异质结构是一种改善非均相催化剂催化性能的有效策略.它可以在调控催化剂电子结构的同时,促进电荷传输.一般来说, Bi基催化剂对CO2电还原为甲酸的选择性高于ZnO,但是金属Bi的价格高于Zn.本文以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,通过一步水热法合成了一种具有多孔纳米片形貌的Bi2O2CO3/ZnO异质结催化剂,用于高效电催化CO2还原制备甲酸.在-1.0 V vs. RHE下,该催化剂展现出最大甲酸盐法拉第效率(92%),且在施加-1.2 V vs. RHE电压下甲酸盐偏电流密度为200 m A mgBi-1.更重要的是,对Bi的质量进行归一化发现, Bi2O2CO3/ZnO的质量活度比纯Bi2O2CO3的质量活度提升了3.1倍.通过X-射线光电子能谱和X-射线吸收谱测试表明,在该催化剂中,界面Zn原子电荷向Bi原子转移,形成了富电子的Bi2O2CO3表面,有利于CO2的捕获和活化;而异质结构引起的压缩应力有利于优化反应中间体的吸附能,二者协同提高了Bi2O2CO3/ZnO电催化CO2还原生成甲酸的选择性和活性.