电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）是解决能源和可持续发展问题的有力方法。高效催化剂能够将CO₂还原成高附加值的液体燃料，如甲酸/甲酸盐（HCOOH/HCOO⁻），具有重要的商业应用潜力。尽管已有多种催化剂用于CO₂RR，但如何在保持高选择性的同时提高反应活性仍是一个关键挑战。
成果简介
本文通过一种简便的水解方法制备了金属掺杂的铋（Bi）纳米片催化剂，尤其是钴（Co）掺杂的Bi纳米片，在电化学CO₂还原反应中表现出显著提升的性能。与纯Bi相比，Co掺杂的Bi催化剂在低过电位下展示了更高的HCOOH选择性和活性。在固态电解质反应器中，Co掺杂的Bi在100小时操作后仍能保持约72%的HCOOH法拉第效率。
研究亮点
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高选择性和高活性：Co掺杂Bi催化剂在~1.0 V的低过电位下，实现了约90%的HCOO⁻选择性和200 mA cm⁻²的电流密度。
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稳定性高：在100小时的操作中，Co掺杂Bi在100 mA cm⁻²的电流密度下保持了高达72%的HCOOH法拉第效率。
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DFT计算验证：密度泛函理论（DFT）计算表明，Co掺杂Bi通过增强关键中间体OCHO*的吸附能，降低了HCOOH生成所需的应用电位。
配图精析
图1: 催化剂的合成、结构和元素分析。(a) 金属掺杂Bi纳米片的合成示意图。(b) Co0.05-BOON的扫描电子显微镜（SEM）图像。(c, d) Co0.05-BOON的高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）图像。(e) Co0.05-BOON的扫描透射电子显微镜-能量色散X射线光谱（STEM-EDS）分析，显示了均匀的Bi、O、N、Br和Co分布。(f) BOON和Co0.05-BOON的X射线衍射（XRD）图谱。(g) BOON和Co0.05-BOON的Bi 4f高分辨X射线光电子能谱（XPS）图谱。