Small Methods: 高性能电催化还原CO2产甲酸催化剂Bi/rGO

随着化石能源的大量开采和使用,大气中的二氧化碳(CO2)含量逐年升高,为缓解由此带来的环境压力,对CO2进行再利用是一项十分迫切的任务。电催化还原可以在温和可控的条件下使CO2转化为更有价值的化学品和燃料,具有较强应用前景。CO2电还原产物甲酸(HCOOH)可用作燃料电池燃料及储氢材料,因此引起了人们的广泛关注。目前,该领域对催化剂的研究大都集中在提高HCOOH的选择性和法拉第效率(FE),而能量效率这一重要指标却经常被忽略。更高的能量效率意味着更少的能源消耗,因此,开发具有高活性、高选择性和高能效的CO2电还原制HCOOH催化剂具有重要意义。

近期,吉林大学鄢俊敏(通讯作者)、蒋青团队首次使用一种简单且有效的方法将超细金属铋纳米颗粒负载在石墨烯上(Bi/rGO),实现了优异的电还原CO2制备HCOOH的性能。测试结果表明,Bi/rGO催化剂具有良好的催化活性和理想的HCOOH选择性,产HCOOH的法拉第效率在-0.8 V时可达到98%。更重要的是,产HCOOH的能量效率高达71%,超过了目前大多数报道的电还原CO2制HCOOH催化剂。进一步分析表明,Bi/rGO催化剂性能提升的主要原因在于:载体rGO的存在使Bi纳米颗粒具有细小均一的尺寸以及干净的颗粒表面,进而增大了Bi/rGO催化剂的电化学活性面积,提高了其催化性能;同时,Bi/rGO具有良好的导电性以及较强的CO2吸附能力,有利于加快CO2还原过程中的电子转移并促进关键中间体的形成,最终使其催化性能得到提高。该研究工作对制备高性能CO2电还原催化剂具有较好指导作用。 相关成果以“Efficient CO2 Reduction to HCOOH with High Selectivity and Energy Efficiency over Bi/rGO Catalyst”为题在线发表在Small Methods (DOI: 10.1002/ smtd.201900846)上。