Insights into the Role of Bismuth Oxidation State in Bi‐Based Nanocatalysts for High Efficiency CO2 Electroreduction to Formate

纳米材料基催化剂 格式化 氧化态 化学 催化作用 纳米技术 材料科学 纳米颗粒 有机化学
作者
Xin Liu,Kejian Li,Linyu Cheng,Yang Yang,Bao Xianming,Jie Zhang,Jingjing Zhou,Sugang Meng,Zheng Xiuzhen,Liwu Zhang
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:17 (8) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/cctc.202402151
摘要

Abstract Electrocatalytic reduction of CO 2 to formate (HCOO − ) using Bi‐based nanocatalysts shows great promise in “carbon‐neutrality” and green chemical synthesis. However, the functional active species, metallic Bi or Bi‐O structure responsible for CO 2 reduction to HCOO − is still in debate. In this study, we found that nanodendritic Bi‐metal electrocatalyst synthesized via one‐step electrodeposition method, exhibited ∼100% Faradic efficiency to HCOO − at −0.98 V RHE , which was much superior to that from Bi‐plasma mainly composed of Bi 2 O 3 (Faradic efficiency, 76.7%). The in situ Raman spectra and density functional theory (DFT) calculations collectively confirmed that zero‐valent Bi‐metal rather than Bi‐O structure is crucial for HCOO − production from CO 2 electroreduction. In addition, the Bi‐metal nanocatalysts exhibited high stability maintaining >95% performance over 94 h reaction and the integration with photovoltaic‐electrocatalysis system achieved about 1% solar to formate conversion efficiency. This work elucidates the functional Bi‐containing species in CO 2 electroreduction, providing guidance onto effective Bi‐based electrocatalysts design for formate production.
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