电催化CO₂还原反应（CO₂RR）被认为是生产可再生化学品和燃料的一条诱人的途径，然而由于缺乏高效、稳定的电催化剂，其发展受到了严重限制。为了进一步提高Bi基材料对CO₂RR的电催化性能，将Bi纳米结构与碳纳米材料进一步结合以形成具有合理结构的复合基质和界面对于提高其电导率和循环稳定性具有重要意义。

有鉴于此，南京大学金钟教授，中科院过程工程研究所Chaoquan Hu报道了一种半填充在氮掺杂的碳纳米管中的管状Bi纳米棒复合材料（Bi-NRs@NCNTs）高性能CO₂RR电催化剂，其具有显著的纳米毛细作用和纳米限域作用，可促进CO₂到甲酸盐的转化。

文章要点

1）研究人员首先通过简单的溶剂热法制备了平均直径约为300 nm，长度可达几毫米的Bi₂S₃纳米线（Bi₂S₃ NWs），然后在Bi₂S₃ NWs上涂覆聚合物层以及随后的热处理工艺合成了Bi-NRs@NCNTs。

2）研究发现，Bi-NRs@NCNTs中具有低*OCHO形成能和*HCOOH结合能的金属Bi纳米棒有助于高选择性的CO₂转化为甲酸盐。此外，由于Bi-NRs@NCNTs具有高纵横比结构，因而具有更好的电子导电性和表面接触能力，从而降低了阴极极化。NCNT壳层的限域作用可以有效地阻止Bi纳米棒的自聚集和表面氧化，从而有效地保持其催化活性和耐久性。此外，Bi-NRs@NCNTs的毛细管和限域效应显著地增强了反应物和反应中间体的传输、吸附和浓缩，进而导致了快速的反应速率。

3）实验结果显示，在水溶液中，Bi-NRs@NCNTs在-0.9 V（vs.RHE）的中等过电位下具有高法拉第效率（90.9% FE_Formate），6.0 mA cm⁻²的电流密度以及对CO₂RR的长期稳定性。

参考文献

Wenjun Zhang, et al, Nanocapillarity and Nanoconfinement Effects of Pipet-like Bismuth@Carbon Nanotubes for Highly Efficient Electrocatalytic CO₂ Reduction, Nano Lett., 2021

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00390

https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00390