Monokline Scheelit-Bismutvanadat abgeleitete Bismuthen-Nanoschichten mit schnellen Kinetiken zur elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid zu Formiat

Zusammenfassung Die elektrochemische Reduktion von CO 2 zu hochwertigen chemischen Ausgangsstoffen, wie Formiat, ist eine der vielversprechendsten Möglichkeiten zur Minderung des Treibhauseffekts. Leider bleibt die Erforschung von Elektrokatalysatoren mit hoher Aktivität und Selektivität über ein breites Potenzialfenster (insbesondere bei niedrigem Potenzial für hohe Stromdichten) eine große Herausforderung. In dieser Studie wird die Herstellung von Bismuthen-Nanoschichten mittels einer in situ elektrochemischen Transformationsstrategie von monoklinem Scheelit BiVO 4-Flakes demonstriert. Bei der Katalyse der CO 2-Elektroreduktion in einer 1 m KHCO 3-Wasserlösung zeigen die Bismuthen-Nanoschichten eine dramatisch hohe Faradaische Effizienz (FE) von ≈97,4 % und eine sehr große Stromdichte von -105,4 mA cm -2 bei -1,0 V gegenüber der reversiblen Wasserstoffelektrode. Bemerkenswert ist, dass über ein rekordweit breites Potenzialfenster von 750 mV, von den anfänglichen -0,65 V bis zum angewendeten Minimum von -1,4 V, die Formiat-FEs der Bismuthen-Nanoschichten immer über 90 % liegen und damit die besten Elektrokatalysatoren übertreffen. Sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungen zeigen, dass die Bismuthen-Nanoschichten im Vergleich zu • COOH- und H •-Zwischenprodukten bevorzugt schnelle Reaktionskinetiken in Richtung HCOO • fördern, was schließlich die Produktion von Formiat beschleunigt.