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駱靜利ACS Nano：具有固有疏水性的CNF上的Bi2O3 NSs用于在寬電位窗口中進行高性能CO2電還原

在二氧化碳（CO₂）減排的研究中，CO₂電還原（CER）生成甲酸鹽是將CO₂轉化為有用產品的最有希望的方法之一。然而，為了實現甲酸鹽的高產率，現有的CER催化劑在寬電位窗口內保持甲酸鹽的高選擇性和活性方面沒有達到預期。

近日，加拿大阿爾伯塔大學駱靜利教授（通訊作者）等人報道了一種在具有固有疏水性的碳納米纖維（CNF）上生長的Bi₂O₃納米片（Bi₂O₃ NSs）催化劑。

實驗測試發現，該催化劑在1000 mV的極寬電位窗口內實現了102.1 mA cm^-2的甲酸鹽峰值電流密度和>93%的甲酸鹽法拉第效率，比目前已報道的所有相關成就都要好。

此外，CNF上的Bi₂O₃ NSs在流動池系統中運行時表現出良好的抗滲能力，可以提供300 mA cm^-2的電流密度。

通過分子動力學（MD）模擬表明，疏水性碳表面能夠排斥水分子，形成穩定的固-液-氣三相界面和濃CO₂層；二者都可以在局部高濃度CO₂的情況下提高CER活性，并通過減少質子接觸抑制析氫反應（HER）。

這種防水作用還增加了催化劑表面的局部pH值，從而進一步抑制了HER。更重要的是，這種疏水工程的概念和方法可以廣泛適用于CER生產甲酸鹽的其他材料。

Bi₂O₃ Nanosheets Grown on Carbon Nanofiber with Inherent Hydrophobicity for High-Performance CO₂ Electroreduction in a Wide Potential Window. ACS Nano, 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c05737.

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05737.

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