铈掺杂诱导金属铋表面富集Bi-O活性位点实现高效电催化CO2还原制甲酸

语：本研究通过铈(Ce)掺杂策略在金属铋(Bi)纳米片表面稳定Bi-O活性位点，显著提升电催化CO2还原反应(ECO2RR)性能。采用原位电化学还原技术制备的Ce-Bi NS催化剂在流动池中实现95.8%甲酸盐法拉第效率(FE)和1.08 A cm?2的分电流密度，并稳定运行200小时。通过原位拉曼和理论计算揭示了Ce掺杂促进CO2吸附和关键CO2?中间体形成的机制。

　　

Highlight

化学药品

二甲基亚砜(DMSO, 99.7%)和五水合硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O, 99%)购自国药集团。氢氧化钾(KOH, 95%)和Nafion溶液(5 wt%)购自阿拉丁。所有化学品均直接使用，实验用水为>18 MΩ·cm的超纯水。

Ce掺杂Bi₂O₃纳米带(Ce-Bi₂O₃ NRs)制备

采用液相激光辐照法(LIL)：将Bi₂O₃与CeO₂纳米颗粒分散于水中，经30分钟高能脉冲激光辐照获得前驱体。激光瞬时高温使Ce³⁺掺入Bi₂O₃晶格，形成独特纳米带结构。

结果与讨论

通过激光辐照法制备的Ce-Bi₂O₃前驱体呈现特殊形貌(图1)。X射线衍射(XRD)显示Ce成功掺入晶格(图S3)。原位电化学还原过程中，Ce的氧亲和特性有效稳定了Bi-O物种，使催化剂在-1.2 V vs. RHE电位下仍保持结构稳定性。

结论

铈掺杂策略成功解决了Bi-O物种在负电位下的不稳定性难题。Ce-Bi NS催化剂在流动池中展现出>90%的甲酸选择性和>65%的电池能量效率，性能指标领先同类研究。原位表征证实Ce掺杂通过电子效应稳定活性位点，为设计高效ECO₂RR催化剂提供了新思路。