Ampere-level CO2-to-formate electrosynthesis using highly exposed bismuth(110) facets modified with sulfur-anchored sodium cations

电合成 格式化 催化作用 无机化学 化学 电解 法拉第效率 甲酸钠 选择性 硫黄 电化学 电解质 物理化学 有机化学 电极
作者
Peng Chen,Songtao Yang,Gan Luo,Shuai Yan,Ning Chen,Junbo Zhang,Yangshen Chen,Xuchun Wang,Zhiqiang Wang,Wei Wei,Tsun‐Kong Sham,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:9 (10): 2830-2840 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2023.05.008
摘要

Summary

The high-rate electrosynthesis of formate from CO2 is challenging due to the insufficient active catalytic sites that can stabilize the ∗OCHO intermediate and suppress H2 formation at large-current-density electrolysis. Herein, we developed the metallic bismuth nanosheets with highly exposed (110) facets modified with sulfur anions and sodium cations (i.e., Bi(110)-S-Na). Density functional theory calculations revealed that Bi(110) facets presented higher activity than Bi(012) for the formate pathway. In addition, the co-modification of sulfur anions and sodium cations improved Bi–Bi metallic bonds, enhanced electron localization of ∗OCHO, and facilitated water activation to form H∗, which enabled the promotion of formate selectivity while suppressing H2 production. The Bi(110)-S-Na catalyst exhibited one of the highest CO2-to-formate partial current densities of 2,505 mA·cm−2 with 83.5% faradaic efficiency. Our work suggests an attractive electrochemical reconstruction strategy to build highly exposed Bi(110) facets with surface modification toward efficient CO2-to-formate electrosynthesis.
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