Atomic bismuth induced ensemble sites with indium towards highly efficient and stable electrocatalytic reduction of carbon dioxide

电催化剂 铋 铟 法拉第效率 格式化 二氧化碳电化学还原 材料科学 电化学 纳米技术 电极 化学 光电子学 冶金 催化作用 有机化学 物理化学 一氧化碳
作者
Xueying Cao,Bari Wulan,Yueqing Wang,Jizhen Ma,Shaoqi Hou,Jintao Zhang
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:68 (10): 1008-1016 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.scib.2023.04.026
摘要

Structural reconstruction is commonly observed during electrocatalytic CO2 reduction (CO2RR) process. However, the proper modulation of interface and defect sites remains challenging with the mechanism understanding to realize the favorable electrocatalysis. Herein, the atomic bridging of bismuth with indium atoms is elaborately designed for improving electrocatalysis of CO2RR via electrochemical reduction and in situ anchoring strategy. As revealed by in situ structure analysis and theoretical studies, the ensemble sites supported on carbon matrix enable the charge density gradient to significantly promote the adsorption of *OCHO intermediate by the regulation of σ bonding and π* back-donation. Consequently, such unique electrocatalyst achieves the high formate faradaic efficiency of 95.1% over the entire potential range tested and the long-lived stability for 9 d. With coupling of CO2RR, the solar-driven full cell demonstrates the spontaneous production of formate and 2,5-furandicarboxylic acid via the efficient oxidation of 5-hydroxymethylfurfural with an outstanding yield of 88.2%, highlighting the impressive solar-to-fuel conversion selectivity. Monitoring and understanding the intrinsic active sites of biatomic bridge are crucial to elucidate the synergic electrocatalysis for rationally designing high-performance electrocatalysts.
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