自更新生物基活性位点：实现高效且持久的电化学二氧化碳还原

《Advanced Functional Materials》：Self-Refreshing Bi-Based Active Sites for Efficient and Durable Electrochemical CO2 Reduction

双金属催化剂通过相变调控实现电化学二氧化碳还原的高效自刷新循环

　　

摘要

基于铋的催化剂在电化学二氧化碳还原反应（eCO₂RR）中的性能受到活性位点有限和不可控重构的严重阻碍，这导致了在宽电位窗口内同时实现高效性和延长催化剂耐用性的挑战。为了解决这一问题，本文提出了一种通过合理设计预催化剂（即基础性的硝酸铋（BBN）纳米片）来实现活性位点自我更新的新方法。在eCO₂RR过程中，预催化剂在低电位（2O₂CO₃）的相变，然后在高电位（>?0.9 V）下被还原为金属铋。值得注意的是，当eCO₂RR反应结束时，金属铋相会通过电解液中的二氧化碳再氧化作用自发地重新转化为碳酸氧铋（Bi₂O₂CO₃），从而形成一个闭合的自我更新循环。这种独特的自我更新机制为催化剂带来了三个显著优势：i) 碳酸氧铋（Bi₂O₂CO₃）和金属铋相之间的差异性活性位点使得在宽电位窗口（?0.5–?1.4 V）内对甲酸的选择性达到90%以上；ii) 相变依赖的吸附性质优化了二氧化碳的活化过程和中间产物的稳定性；iii> 通过可逆的相变实现自我修复功能，显著提高了催化剂的耐用性（超过1200小时）。这项工作为设计高性能纳米材料以应用于实际的二氧化碳还原反应提供了新的思路。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。