2. 与未添加PVP涂层的Bi-NPs相比,该单分散的PVP@Bi-NSs在流动池中表现出更高的电催化活性,最大FE为92.5%,Jformate为158.2 mA cm-2,与目前最先进的Bi基催化剂活性相当,其最大电流密度可达280 mA cm-2,在-1.2 V(vs. RHE)下FE为87.3%,能够满足工业电流密度的需求。
图8.PVP@Bi-NSs增强的电催化CO2RR特性及稳定性。 为了更好地进行特性比较,作者在相同条件下无PVP时制备了纯铋纳米颗粒(Bi-NPs)。与未添加PVP涂层的Bi-NPs相比,该单分散的PVP@Bi-NSs在流动池中表现出更高的电催化活性,最大法拉第效率(FE)为92.5%,部分电流密度(Jformate)为158.2 mA cm-2,与目前最先进的Bi基催化剂活性相当,其最大电流密度可达280 mA cm-2,在-1.2 V vs. RHE下FE为87.3%,能够满足工业电流密度的需求。 图9. DFT计算、原位红外及ECSAs测试助力机理解释。 基于DFT理论计算和实验研究,PVP@Bi-NSs增强的CO2RR产HCOOH的性能归因于PVP@Bi-NSs的界面协同效应。PVP的包覆作用有助于形成尺寸均匀的纳米级PVP@Bi-NSs,并显著增加PVP@Bi-NSs的ECSA和CO2RR活性位点数量。PVP亲水端与Bi-NSs之间的键合作用可以极大地抑制PVP的亲水性,增强PVP@Bi-NSs颗粒的疏水性。PVP分子的亲水性吡咯烷酮端选择性地与Bi- NSs表面的Bi原子结合,在PVP@Bi-NSs界面处形成Bi-O键,这可能进一步在界面处诱发局域电场效应、氧空位和界面缺陷。所有这些由界面上的Bi-O成键产生的效应都被归类为成键效应,它在CO2RR时的包覆效应协同作用。这种界面包覆-键合协同作用促进了CO2的吸收,抑制了HER,优化了CO2RR途径,有利于*OCHO中间体的形成,最终提高了HCOOH的产率。