CO2電気還元のためのビスマス触媒におけるドーピングとひずみの相乗効果

要旨 ドーピングは触媒性能を向上させるための認識された方法です。ひずみの導入はドーピングの一般的な結果ですが、しばしば見落とされています。ドーピングとひずみが触媒性能に与える影響を区別することは重要な課題です。本研究では、大きな引張ひずみを有するCuドープBi触媒を合成しました。ビスマスにおけるドーピングとひずみの相乗効果は、著しいCO2還元反応性能をもたらします。最適条件下で、Cu1/6-Biは優れたフォルメートファラデー効率（>95%）を示し、900mVの広範な電位ウィンドウで90%以上を維持します。さらに、フローセル内で−1.2V RHEにおいて、−317mA cm−2という産業関連の部分電流密度を提供し、その選択性を維持します。加えて、−200mA cm−2で120時間を超える優れた長期安定性を示します。実験的および理論的な機構調査により、引張ひずみの導入が*CO2の吸着を促進し、反応動力学を向上させることが明らかになりました。さらに、Cuドーパントと引張ひずみの存在は、*OCHO中間体の形成に対するエネルギー障壁をさらに減少させます。本研究は、ドーピングによるCO2還元反応のための効果的な触媒の開発に貴重な洞察を提供するだけでなく、ビスマス触媒のドーピング、格子ひずみ、および触媒特性との相関関係を確立します。