对不利气候变化的日益关注推动了全球对减少二氧化碳排放的研究。在这方面，CO₂电还原(CER)甲酸盐是将CO₂转化为有用产品的有前途的方法之一。然而，为了获得较高的甲酸盐产率，现有的催化剂在保持较高的甲酸盐选择性和活性方面未能达到预期。

有鉴于此，加拿大阿尔伯塔大学骆静利院士等人，报道了在具有固有疏水性的碳纳米纤维(CNF)上生长的Bi₂O₃纳米片(NSs)，其甲酸盐电流密度峰值为102.1 mA cm^-2，甲酸盐法拉第效率高达>93%，电位窗口非常宽，为1000 mV。

本文要点

1）分别在疏水性碳纳米纤维 (Bi₂O₃@C/HB) 和亲水性碳纳米纤维 (Bi₂O₃@C/HL) 两种碳材料上原位生长了 Bi₂O₃纳米片 (NSs)，并使用它们作为 CER 的阴极催化剂。

2）此外，CNF 上的Bi₂O₃ NSs 在流通池系统中运行时表现出良好的抗淹能力，并且可以提供 300 mA cm^-2 的电流密度。分子动力学模拟表明，疏水性碳表面可以排斥水分子，形成坚固的固-液-气三相边界和高浓度的CO₂层；两者都可以通过局部高浓度的 CO₂ 和通过减少质子接触来抑制析氢反应 (HER) 来提高 CER 活性。

3）这种防水作用还增加了催化剂表面的局部 pH 值，从而进一步抑制了 HER。

总之，该工作的发现可以为设计高活性 CER 催化剂提供重要的指导。

参考文献：

Shao-Qing Liu et al. Bi₂O₃ Nanosheets Grown on Carbon Nanofiber with Inherent Hydrophobicity for High-Performance CO₂ Electroreduction in a Wide Potential Window. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.1c05737

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05737