Gas–Proton Microenvironment Modulation for Enhanced CO 2 ‐to‐Formate Electroreduction

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作者
Jifeng Wu,Yu Li,Miao Hu,Tingsong Li,Moyu Yi,Xiangyun Xiao,Honglin Li,Yongfeng Guo,Yoji Kobayashi,Magnus Rueping,Wan‐Lu Li,Huabin Zhang,Kuo‐Wei Huang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (1): e202516163-e202516163 被引量:3
标识
DOI:10.1002/anie.202516163
摘要

Precise control of interfacial water structure is essential for suppressing side reactions and enabling selective CO2 electroreduction at industrial current densities. Here, we synthesize a series of bismuth-based catalysts with spatially encoded superhydrophilic-superhydrophobic nanodomains by partially embedding polyvinylidene fluoride (PVDF) into Bi nanoparticles. This strategy creates interfacial polarity patterns that stabilize *OCHO intermediates while suppressing hydrogen and CO evolution. Compared to the PVDF-free control, the optimized Bi-PVDF catalyst exhibits significantly enhanced formate partial current density, Faradaic efficiency (FE), and long-term stability. It achieves > 90% FE at -200 mA cm-2 for 50 h and maintains high selectivity up to -700 mA cm-2. Operando spectroscopy and multiscale simulations reveal that the dual-wettability interface modulates local hydration and charge distribution, promoting selective intermediate formation while kinetically suppressing side pathways. By addressing the longstanding challenge of coupled gas-proton transport, this work offers a mechanism-driven and scalable strategy to construct interfacial microenvironments for high-rate, selective CO2 electroreduction.
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