鉍基金屬材料電催化還原二氧化碳是轉(zhuǎn)化為甲酸的良好電催化劑。然而，鉍納米顆粒對甲酸生成的尺寸效應(yīng)尚未得到充分的探討。

基于此，香港中文大學(xué)Jimmy Yu、香港理工大學(xué)黃渤龍、勞子恒等人報道了通過還原氣氛下原位分離Bi₄Ti₃O₁₂中的Bi元素，制備了Bi納米顆粒均勻負載在多孔TiO₂基底。

通過改變鈦酸鉍在還原氣氛條件下的退火溫度能夠可控的合成不同尺寸的Bi金屬納米粒子，不同尺寸的Bi納米粒子與基底之間構(gòu)成了相互作用，調(diào)控了Bi金屬納米粒子表面位點對于CO₂的吸附與活化以及對于中間體的選擇性，進而構(gòu)建了不同尺寸Bi納米粒子與CO₂還原為甲酸之間的構(gòu)效關(guān)系。最終Bi納米顆粒為2.83 nm的Bi-TiO₂電催化劑在400 mV寬電位范圍內(nèi)的法拉第效率大于90%。理論計算也證明了Bi納米顆粒的尺寸變化引起的微妙的電子結(jié)構(gòu)演化，其中2.83 nm的Bi納米顆粒顯示出最活躍的p帶和d帶中心，以保證對CO₂RR的高電活性。

相關(guān)工作以《Size Effects of Highly Dispersed Bismuth Nanoparticles on Electrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide to Formic Acid》為題發(fā)表，《Journal of the American Chemical Society》期刊上。

圖1. 通過還原氣氛下偏析出高分散的Bi納米粒子。以及電催化劑的尺寸分布與結(jié)構(gòu)和形貌表征。

圖2. 電催化劑的表面化學(xué)態(tài)以及Bi與基底的相互作用。

圖3. 電催化CO₂還原為甲酸的性質(zhì)與穩(wěn)定性。

圖4. 原位拉曼光譜探究了催化劑表面官能團隨著電位的變化以及原位紅外光譜探究催化劑在反應(yīng)過程中的產(chǎn)物中間體。

圖5. 理論計算：通過構(gòu)建不同尺寸Bi與基底TiO2的理論模型，探究了不同元素的電子軌道并且計算了不同Bi尺寸對于反應(yīng)能量。

Size Effects of Highly Dispersed Bismuth Nanoparticles on Electrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide to Formic Acid

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c04727