Metal-organic framework derived dual-metal sites for electroreduction of carbon dioxide to HCOOH

二氧化碳 对偶(语法数字) 金属有机骨架 金属 无机化学 化学 环境化学 有机化学 吸附 文学类 艺术
作者
Kaili Yao,Haibin Wang,Xiaotao Yang,Yan Huang,Chendong Kou,Tan Jing,Songhua Chen,Ziyun Wang,Yongchang Liu,Hongyan Liang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:311: 121377-121377 被引量:103
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121377
摘要

The electrochemical CO 2 reduction to formic acid (HCOOH) by Bi-based catalysts has been considered an effective way to solve the energy and environmental crisis. However, achieving high selectivity, high current density, and long-term stability for HCOOH production, remains a substantial challenge. Herein, BiIn alloy nanoparticles (NPs), deriving from the bimetallic metal-organic frameworks, exhibit an excellent HCOOH Faradaic efficiency (FE HCOOH ) of 92.5% at the current density of 300 mA cm −2 , as well as a production rate of 5170 µmol h −1 cm −2 . Moreover, the BiIn alloy NPs also achieve superior stability that over 25 h with less than 10% FE drop at the current density of 120 mA cm −2 in a membrane electrode assembly system. In-situ spectra and theoretical calculations suggest that the Bi-In dual-metal sites can provide the optimal binding energy to *OCHO intermediate, thus accelerating the CO 2 to HCOOH conversion. The synthesized BiIn alloy nanoparticles, derived from the bimetallic metal-organic frameworks, exhibit an impressive CO 2 -to-HCOOH conversion performance due to the Bi-In dual-metal sites effects. • Metal-organic framework derived BiIn alloy was an efficient catalyst for electrochemical CO 2 reduction to HCOOH. • A FE of 92.5% at the current density of 300 mA cm −2 was achieved with a 5170 µmol h −1 cm −2 production rate for HCOOH. • Long-term stability for HCOOH production was achieved with the FE > 80% at the current density of 120 mA cm −2 for 25 h. • Bi-In dual-metal sites provide the optimal binding energy to *OCHO intermediate, thus enhancing the HCOOH production.
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