Dynamic Reconstruction of Two‐Dimensional Defective Bi Nanosheets for Efficient Electrocatalytic Urea Synthesis

催化作用 电合成 剥脱关节 尿素 产量(工程) 电化学 法拉第效率 材料科学 纳米技术 化学 化学工程 无机化学 物理化学 有机化学 石墨烯 工程类 电极 冶金
作者
Yan Wang,Shuai Xia,Rui Cai,Jianfang Zhang,Cuiping Yu,Jiewu Cui,Yong Zhang,Jingjie Wu,Yucheng Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (16): e202318589-e202318589 被引量:91
标识
DOI:10.1002/anie.202318589
摘要

Catalyst surface dynamics drive the generation of active species for electrocatalytic reactions. Yet, the understanding of dominant site formation and reaction mechanisms is limited. In this study, we thoroughly investigate the dynamic reconstruction of two-dimensional defective Bi nanosheets from exfoliated Bi2Se3 nanosheets under electrochemical CO2 and nitrate (NO3 -) reduction conditions. The ultrathin Bi2Se3 nanosheets obtained by NaBH4-assisted cryo-mediated liquid-phase exfoliation are more easily reduced and reconstructed to Bi nanosheets with high-density grain boundaries (GBs; GB-rich Bi). The reconstructed GB-rich Bi catalyst affords a remarkable yield rate of 4.6 mmol h-1 mgcat. -1 and Faradaic efficiency of 32 % for urea production at -0.40 V vs. RHE. Notably, this yield rate is 2 and 8.2 times higher than those of the low-GB Bi and bulk Bi catalysts, respectively. Theoretical analysis demonstrates that the GB sites significantly reduce the *CO and *NH2 intermediate formation energy and C-N coupling energy barrier, enabling selective urea electrosynthesis on the GB-rich Bi catalyst. This work will trigger further research into the structure-activity interplay in dynamic processes using in situ techniques.
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