用于高效电化学CO2还原为CO的Bi/Fe–N–C催化剂合成

《Sustainable Energy & Fuels》：Synthesis of Bi/Fe–N–C catalysts for efficient electrochemical CO2-to-CO reduction

通过协同掺杂Bi3?和Fe3?提升ZIF8前驱体中Fe含量，热解后获得Bi/Fe–N–C催化剂，在-0.4至-0.7 V RHE电位范围内实现CO?还原高选择率（FE＞90.1%）及稳定性能。

　　

在含有碳纳米颗粒（CN）的材料中掺杂的单原子铁（Fe）位点，展现出卓越的电化学活性，能够高效实现二氧化碳（CO?）向一氧化碳（CO）的转化。热解ZIF8是一种可控的方法，可用于制备孤立的单原子金属位点。在本研究中，我们提出了一种新策略，通过协同替换Zn2?和Fe3?来增加ZIF8前体中Fe的比例。前体热解后，所得到的Bi/Fe–N–C催化剂由Bi位点和吡咯型Fe–Nx位点组成，可作为高效的二氧化碳还原反应（CO?RR）电催化剂。实验结果表明，当催化剂中Fe的含量为94.8毫克/千克（mg/kg Cat）时，在宽广的电位范围内（?0.4至?0.7 V_RHE），其CO转化效率（FE_CO）超过90.1%（在?0.5 V_RHE时达到98.2%）。对电化学反应机制的深入分析表明，这种Bi/Fe–N–C催化剂的设计能够提供稳定的催化位点，从而促进COOH的生成，进而实现高效、节能的二氧化碳电化学还原为一氧化碳的过程。