材料院谭勇文教授团队实现小分子电还原为高附加值的液体燃料

近日，我校材料科学与工程学院谭勇文教授团队实现小分子电还原为高附加值的液体燃料，相关研究成果分别发表在国际刊物《Advanced Materials》和《Nano letters》上。研究成果得到了国家海外高层次人才计划、国家自然科学基金、湖南省杰出青年基金以及湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室等基金项目的支持。

谭勇文教授团队的成果以《Spontaneously Sn-Doped Bi/BiOx Core−Shell Nanowires Toward High-Performance CO2 Electroreduction to Liquid Fuel》为题发表在国际知名期刊《Nano letters》上，论文第一作者为博士研究生赵扬，通讯作者为谭勇文教授。

谭勇文教授团队利用太阳能、风能等清洁能源，将CO₂电还原为高附加值的燃料以及化工原料，满足了日益增长的能源需求，助力实现碳中和，具有重要的研究意义及应用前景。甲酸，作为CO₂电还原最重要的液体产物，具有参与反应转移电子数少，反应路径简单等特点。但仍有反应动力学迟缓，甲酸选择性较低，大电流下发生竞争反应等问题，这进一步限制了其工业化应用。

Bi基金属氧化物具有析氢过电势高、*CO吸附能小、对*OCHO物种稳定能力强等特点，但纯Bi基氧化物材料的导电性，稳定性和对甲酸的选择性仍然不高，特别是在工业电流密度（>200 mA cm⁻²）和宽电势窗口方面。进一步设计开发具有特定结构形貌，同时具有高催化活性、选择性、宽电势窗口的电催化剂是当前研究的重点。

Nano letters成果发表截图。

Bi/Bi(Sn)Ox纳米线的合成。

Bi/Bi(Sn)Ox纳米线微观结构及电还原CO2性能。

纳米多孔Pd3Bi金属间化合物的制备及电还原N2合成氨的性能。

谭勇文教授团队采用优化后的BiSn前驱体，在酸性条件下，采用一步电化学刻蚀的方法，得到一种新型的Bi基纳米线结构催化剂，该催化剂以高导电性的Bi为金属核，以Sn掺入非晶相BiO_x为壳的异质结构，最终实现电化学CO₂还原为甲酸的高选择性。实验结果显示，Bi/Bi(Sn)O_xNWs在宽电位范围内表现出良好的甲酸选择性和活性，在气体扩散池配置下，在-0.5~-0.9 V vs. RHE电势区间，法拉第效率（FE）超过92%，在-1.0 V vs. RHE条件下，电流密度超过300 mA cm^-2。原位拉曼光谱和理论计算表明，其优异的催化活性除了来源于金属核壳结构提供的优良导电性外, Sn原子的引入促进了Bi(Sn)O_x氧化物表面*OCHO中间体的稳定，同时抑制了H₂/CO的竞争生成。该项工作不仅为原位构建原子掺杂的金属/金属氧化物复合材料提供了新的思路，并且为促进电化学CO₂转化为甲酸盐的实际应用提供了新的途径。

Advanced Materials成果发表截图。

谭勇文教授团队采用的两步脱合金法制备纳米多孔金属间化合物Pd₃Bi，得益于Pd-Bi位点之间的强耦合桥接了金属间化合物Pd₃Bi的电子转移通道，其中Bi位点可以吸收N₂分子，并降低N₂吸附和活化的^*N₂能垒，同时具有双连续纳米多孔结构的金属间化合物Pd₃Bi，可以加速氮还原过程中的电子输运，从而提高氮还原性能。相关研究成果以“Nanoporous Intermetallic Pd₃Bi for Efficient Electrochemical Nitrogen Reduction”为题发表在国际知名材料期刊《Advanced Materials》上，论文第一作者为硕士研究生王学静，通讯作者为谭勇文教授和彭鸣副教授。

文章链接为：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c02053

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202007733