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?蘇大李彥光AM: 大面積垂直排列的Bi納米片陣列用于高效電化學 CO2轉(zhuǎn)化

由于鉍(Bi)的低熔點和高親氧性，目前缺乏直接的方法來制備高質(zhì)量的Bi納米片，特別是生長Bi納米片陣列(Bi NAs)。納米尺度的結(jié)構(gòu)工程被認為是通過擴大表面積或暴露活性面或催化位點來促進催化的有效策略。

蘇州大學李彥光團隊通過電偶置換反應(yīng)在不同形狀和尺寸的Cu襯底上制備了大面積垂直排列的Bi NAs，用于高效CO₂RR。

該反應(yīng)通過兩個耦合但在空間上分離的半反應(yīng)進行，導致金屬載體下面的逐漸腐蝕，并在載體上同時生長Bi納米片。得到的納米片具有2-3層原子層對應(yīng)的小厚度，大的比表面積，以及納米片之間豐富的孔隙率。

另外，Bi納米片的大表面積增強了表面電荷轉(zhuǎn)移；它們與載體的緊密接觸改善了電子傳輸；它們豐富的孔隙率促進了CO₂分子和甲酸鹽產(chǎn)品的擴散。DFT計算表明，Bi (001)與其他低指數(shù)面相比，對于選擇性甲酸鹽產(chǎn)生同樣有利。

在泡沫Cu載體上生長的Bi NAs具有極大的CO₂電化學還原應(yīng)用潛力。其催化合成甲酸酯的選擇性高達90%以上，在-0.95 V下的部分電流密度高達45 mA cm^-2，同時具有良好的穩(wěn)定性。在連續(xù)6小時電解期間測得的甲酸法拉第效率平均為94%，證明選擇性不會隨著時間的推移而降低。

Large-area vertically aligned bismuthene nanosheet arrays from galvanic replacement reaction for efficient electrochemical CO₂ conversion. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202100910

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