二氧化碳電還原反應(yīng)高效催化材料的研究
本研究設(shè)計并合成了無定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒,將其應(yīng)用于二氧化碳電還原反應(yīng)中 (圖 1 ) 。 該研究工作首先通過溶劑熱法制備了 AgBiS 2 納米棒,并將其在空氣中煅燒處理,得到了組成為 Ag 0.95 BiS 0.75 O 3.1 的雙金屬硫氧復(fù)合物納米棒。在進一步電化學(xué)還原預(yù)處理后,該復(fù)合物被轉(zhuǎn)化為無定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒。這種新型二氧化碳電還原催化劑在僅有 450 mV 的過電位下,實現(xiàn)了高達(dá) 94.3% 的甲酸法拉第效率和 12.52 m A/ cm 2 的甲酸部分電流密度。通過與 AgBiS 2 、 Bi 硫氧復(fù)合物及 Bi 2 S 3 參比樣品進行對比,發(fā)現(xiàn)在電化學(xué)還原預(yù)處理過程中,金屬硫化物中的 -2 價硫會轉(zhuǎn)化為 H 2 S 并離開電極表面,只有金屬硫氧復(fù)合物中被氧化為 +6 價的硫能保留在催化劑中。后續(xù)實驗表明 ,這一部分硫能促進水的解離,而甲酸形成過程中所需的 H + 正是來自于 H 2 O 。因此,甲酸的生成被極大程度地促進。另一方面, Ag-Bi-S-O 修飾 Bi 0 納米顆粒中的 Ag ,有利于電荷在電極中傳遞,提高了催化劑的電流密度。在過電位為 450 mV 時,更大的電流密度可以提高陰極附近的局域 pH ,而更大的局域 pH 能進一步提升硫促進水解離的效用,同時抑制氫析出反應(yīng)的發(fā)生。因此,無定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒可以在極低的過電位下將二氧化碳高活性、高選擇性地轉(zhuǎn)化為甲酸。
北京大學(xué)
2021-04-11