Determining the Effect of Cation (Ti/Zr) Doping in Bismuth Oxide for Electrochemical CO2 Reduction to Formic Acid: A DFT Study

吉布斯自由能 甲酸 电化学 密度泛函理论 化学 氧化物 无机化学 兴奋剂 物理化学 材料科学 计算化学 热力学 电极 有机化学 物理 光电子学
作者
Balaji G. Ghule,Ji‐Hyun Jang
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:37 (23): 18009-18018 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c01722
摘要

First-principles-based density functional theory (DFT) calculations were used to explore the electrochemical CO2 reduction (ECR) activity of cation-doped Bi2O3. We studied the ECR reaction over pure and doped Bi2O3 (100) surfaces and demonstrated Gibbs free energy diagrams of HCOOH formation via COOH and HCOO pathways. Compared with pure bismuth oxide, doping can alter the rate-determining step and reduce the Gibbs free energy from 2.98 to 0.11 eV. The CO2 reduction activity was found to be most productive on the TiZr–Bi2O3 surface with onset potentials of −0.23 and 0.55 V via the COOH and HCOO pathways, respectively. The probability of CO formation through the ECR reaction was also investigated using Gibbs free energy calculations, and it was found that Bi2O3, Ti–Bi2O3, Zr–Bi2O3, and TiZr–Bi2O3 displayed insufficient ECR activity to produce CO. We also compared the selectivity of the ECR reaction and the hydrogen evolution reaction (HER) to demonstrate the practicality of the electrocatalysts.
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