三维自支撑的铜铋双金属电沉积制备及其电催化还原CO2性能研究

• 作者: 陈嘉磊 廖雪龙 陈山 卢天天 孙潇婷 曹丽馨 王欢
• 来源期刊: 铜业工程
• 关键词: CuBi合金 石墨烯 原电池沉积 电催化还原CO2 甲酸
• 年，卷（期）: 2023,（1）
• 所属期刊栏目: 材料制备与加工工程
• 页码范围: 1-11
• 页数: 10页
• 分类号: TF813,TF804.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1009-3842.2023.01.001

摘要

金属铜（Cu）是二氧化碳（CO2）还原为甲酸的常见催化剂，但是存在竞争析氢副反应（HER）严重和稳定性差等问题。引入第二金属的合金化策略可以有效改善上述问题，但是复杂的合成方法限制了电催化CO2还原技术中的实际应用。鉴于此，开发了一种简单、快速、低能耗的原电池沉积法，以还原电势差为反应驱动力，通过调节前驱体浓度在石墨烯基底上原位生长具有三维自支撑结构的铜铋（CuBi）双金属纳米枝晶（nCuBi-G/Cu foil）。研究表明： nCuBi-G/Cu foil 结构中 Bi 作为电子供体向 Cu 提供电子，从而增加 Cu 中心电子密度，可以有效抑制CO2RR过程中的析氢反应，大幅提高甲酸产物的选择性，并且降低了电极表面的积碳浓度，提高CO2电催化反应的稳定性。此外，石墨烯导电基底可以加速CuBi和基底之间电子传递过程，改善CO2催化过程动力学，提高CO2RR活性。基于以上效应， nCuBi-G/Cu foil表现出95.9%的甲酸选择性，并且在此电压下可以稳定运行20 h，且甲酸选择性保持在90%以上。本文为实现高效制备双金属催化剂提供了绿色合成策略，并揭示了金属电子结构和导电基底对CO2电催化性能的影响。