Bi−O-Site-Rasterengineering zur langlebigen und effizienten CO 2-Elektroreduktion

ZUSAMMENFASSUNG Bismutbasierte Oxide zeigen vielversprechende Ergebnisse bei der CO 2-Reduktionsreaktion aufgrund ihrer Bi−O-Aktivstellen, leiden jedoch unter Selbstreduzierung und Deaktivierung unter Betriebsbedingungen. Um diese Herausforderungen zu adressieren, wird eine kooperative Strategie eingesetzt, die Indiumdotierung mit Rasterengineering (In-dotiertes Bi 2 O 2 CO 3 , IBOC) integriert, um sowohl die Aktivität als auch die Haltbarkeit zu verbessern. Durch die Integration multidimensionaler in situ Charakterisierungen mit theoretischen Simulationen bietet diese Studie direkte und komplementäre Beweise zur Klärung der Ursache der Stabilisierung, wodurch ein ganzheitlicher Zusammenhang zwischen Rasterengineering und katalytischem Verhalten hergestellt wird. Die Indiumaufnahme induziert Rasterverzerrungen und asymmetrische Koordination zur Bildung von Bi─O─In-Bindungen, während das umgesetzte Rasterengineering reversible CO 3 2−-Interkalation ermöglicht. Diese synergistischen Wechselwirkungen stärken das Bi─O-Raster, puffern den lokalen pH-Wert und unterdrücken Überreduktion, wodurch aktive Motive erhalten bleiben und die Adsorption wichtiger Zwischenprodukte selektiv abgestimmt wird, was die verbesserte Formiatselektion und Haltbarkeit erklärt. Folglich zeigt der optimierte IBOC-Katalysator mit einer Indiumladung von 4 at% (IBOC-4) eine ausgezeichnete Stabilität (>1000 h), eine bemerkenswerte Formiat-Teilstromdichte von ~900 mA cm −2 bei −0,9 V ohne iR-Kompensation und eine FE für Formiat >95 % @200 mA cm −2 bei industriellen Stromdichten. Diese Arbeit etabliert ein verallgemeinertes Paradigma und mechanistische Grundlage für die rationale Gestaltung langlebiger und aktiver Oxidkatalysatoren für nachhaltige Energieumwandlungen.