Interfacial Synergy of Cation Enrichment and Hydrophobicity in Bi2S3 Nanoflowers for Efficient Acidic CO2 Electroreduction

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作者
Weizhou Wang,Xuhua Zhao,Tian Dong,Yanling Geng,Zexing Wu,Jianping Lai,Bin Li,Hongdong Li,Lei Wang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (40): 14509-14517 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c02622
摘要

The implementation of acidic CO2 electroreduction (CO2RR) is hindered by catalyst corrosion and the parasitic hydrogen evolution reaction (HER). We construct a hydrophobic hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS)-modified Bi2S3 nanoflower catalyst (Bi2S3-C16) synergistically integrating cationic enrichment and interfacial hydrophobicity to achieve stable CO2-to-HCOOH conversion at pH = 2. COMSOL simulations reveal that the high-curvature architecture amplifies local electric fields, driving K+ accumulation to stabilize *OCHO intermediates via dipole interactions. The density functional theory also confirms this, showing a reduced *CO2→*OCHO energy barrier. In situ ATR-FTIR captures *OCHO vibrational modes (1575 cm-1) and HCOOH signatures (1695 cm-1). HDTMS reduces proton accessibility (rotating disc electrode analysis), suppressing HER. Consequently, Bi2S3-C16 achieves 89.6% HCOOH Faradaic efficiency at -400 mA cm-2 with 44.46% cathodic energy efficiency, operating stably for 48 h. This provides a paradigm for interfacial microenvironment control in harsh electrocatalytic systems.
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