井冈山大学Angewandte Chemie - International Edition（IF=17）:铋纳米颗粒在碳基体中的热驱动分散，实现高效二氧化碳还原
论论资讯 ｜ 2024-04-27 ｜
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Angewandte Chemie - International Edition
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Thermal-driven Dispersion of Bismuth Nanoparticles among Carbon Matrix for Efficient Carbon Dioxide Reduction
Guo Weijian; Cao Xueying; Tan Dongxing; Wulan Bari; Ma Jizhen; Zhang Jintao
Published：2024-04-26
DOI：10.1002/anie.202401333
研究背景
近年来，二氧化碳排放一直是一个备受关注的社会性话题。如何有效地将二氧化碳转化为有用的物质一直是一个挑战。传统的金属电催化剂在二氧化碳还原中存在稳定性差、活性迅速下降等问题，急需新的解决方案。
研究内容
最新研究发现，通过热驱动扩散过程，在空心碳壳中实现了超细微的铋纳米颗粒的可控分散（Bi@C-700-4）。氮掺杂碳基质的约束效应有助于降低铋纳米颗粒的表面能量，防止其在热处理中常见的易聚集现象。铋纳米颗粒与碳基质之间的协同效应和约束效应基础上，高度分散的活性位点显著提高了二氧化碳还原成甲酸的电催化活性和稳定性。实验观察和理论计算表明，铋纳米颗粒与氮掺杂碳基质的结合有助于促进二氧化碳的活化和关键中间体（*OCHO）的易形成，从而提高了电催化活性，形成率的法拉第效率（FE）约为94.8%，并具有长时间稳定性。此外，在太阳能驱动系统中，将阳极与5-羟甲基糠醛氧化反应（HMFOR）耦合，可获得高达81.2%的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）产率，展示出令人印象深刻的太阳能转化为燃料的效果。
研究意义
这项研究的创新之处在于成功解决了传统金属电催化剂在二氧化碳还原中的稳定性和活性问题，为二氧化碳高效还原提供了新的技术途径。通过优化催化剂结构，提高了二氧化碳还原的效率和稳定性，为可持续能源和环境保护做出了积极贡献。
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