Halide-guided active site exposure in bismuth electrocatalysts for selective CO2 conversion into formic acid

溴化物 碘化物 卤化物 无机化学 催化作用 甲酸 化学 氯化物 电化学 卤素 电极 物理化学 有机化学 烷基
作者
Shuang Yang,Hongyu An,Sven Arnouts,Hui Wang,Xiang Yu,Jim de Ruiter,Sara Bals,Thomas Altantzis,Bert M. Weckhuysen,Ward van der Stam
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:6 (9): 796-806 被引量:26
标识
DOI:10.1038/s41929-023-01008-0
摘要

Abstract It remains a challenge to identify the active sites of bismuth catalysts in the electrochemical CO 2 reduction reaction. Here we show through in situ characterization that the activation of bismuth oxyhalide electrocatalysts to metallic bismuth is guided by the halides. In situ X-ray diffraction results show that bromide promotes the selective exposure of planar bismuth surfaces, whereas chloride and iodide result in more disordered active sites. Furthermore, we find that bromide-activated bismuth catalysts outperform the chloride and iodide counterparts, achieving high current density (>100 mA cm –2 ) and formic acid selectivity (>90%), suggesting that planar bismuth surfaces are more active for the electrochemical CO 2 reduction reaction. In addition, in situ X-ray absorption spectroscopy measurements reveal that the reconstruction proceeds rapidly in chloride-activated bismuth and gradually when bromide is present, facilitating the formation of ordered planar surfaces. These findings show the pivotal role of halogens on selective facet exposure in activated bismuth-based electrocatalysts during the electrochemical CO 2 reduction reaction.
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