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Nanostructured β‐Bi2O3 Fractals on Carbon Fibers for Highly Selective CO2 Electroreduction to Formate
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2019-10-22 , DOI: 10.1002/adfm.201906478 Thanh Tran‐Phu 1 , Rahman Daiyan 2 , Zelio Fusco 1 , Zhipeng Ma 2 , Rose Amal 2 , Antonio Tricoli 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2019-10-22 , DOI: 10.1002/adfm.201906478 Thanh Tran‐Phu 1 , Rahman Daiyan 2 , Zelio Fusco 1 , Zhipeng Ma 2 , Rose Amal 2 , Antonio Tricoli 1
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3D Bi2O3 fractal nanostructures (f‐Bi2O3) are directly self‐assembled on carbon fiber papers (CFP) using a scalable hot‐aerosol synthesis strategy. This approach provides high versatility in modulating the physiochemical properties of the Bi2O3 catalyst by a tailorable control of its crystalline size, loading, electron density as well as providing exposed stacking of the nanomaterials on the porous CFP substrate. As a result, when tested for electrochemical CO2 reduction reactions (CO2RR), these f‐Bi2O3 electrodes demonstrate superior conversion of CO2 to formate (HCOO−) with low onset overpotential and a high mass‐specific formate partial current density of −52.2 mA mg−1, which is ≈3 times higher than that of the drop‐casted control Bi2O3 catalyst (−15.5 mA mg−1), and a high Faradaic efficiency (FEHCOO−) of 87% at an applied potential of −1.2 V versus reversible hydrogen electrode. The findings reveal that the high exposure of roughened β‐phase Bi2O3/Bi edges and the improved electron density of these fractal structures are key contributors in attainment of high CO2RR activity.
中文翻译：
碳纤维上的纳米结构β-Bi2O3分形用于高选择性CO2电还原形成甲酸酯
3D Bi 2 O 3分形纳米结构（f‐Bi 2 O 3）使用可扩展的热气溶胶合成策略直接自组装在碳纤维纸（CFP）上。该方法通过对Bi 2 O 3催化剂的晶体大小，负载，电子密度进行可调节的控制以及在多孔CFP基板上提供纳米材料的裸露堆叠，从而在调节Bi 2 O 3催化剂的物理化学性质方面提供了高度的多功能性。结果，在测试电化学CO 2还原反应（CO 2 RR）时，这些f‐Bi 2 O 3电极表现出出色的CO 2转化率到甲酸盐（HCOO - ）具有低超电势发病和-52.2毫安高质量的比甲酸局部电流密度毫克-1，它比在下拉式铸造控制的Bi≈3倍2 ö 3催化剂（-15.5毫安毫克-1），和高法拉第效率（FE HCOO -在-1.2V，相对于可逆氢电极施加的电位的87％）。这些发现表明，高暴露的粗糙的β相Bi 2 O 3 / Bi边缘和这些分形结构的改进的电子密度是获得高CO 2 RR活性的关键因素。
更新日期：2020-01-17
中文翻译：
碳纤维上的纳米结构β-Bi2O3分形用于高选择性CO2电还原形成甲酸酯
3D Bi 2 O 3分形纳米结构（f‐Bi 2 O 3）使用可扩展的热气溶胶合成策略直接自组装在碳纤维纸（CFP）上。该方法通过对Bi 2 O 3催化剂的晶体大小，负载，电子密度进行可调节的控制以及在多孔CFP基板上提供纳米材料的裸露堆叠，从而在调节Bi 2 O 3催化剂的物理化学性质方面提供了高度的多功能性。结果，在测试电化学CO 2还原反应（CO 2 RR）时，这些f‐Bi 2 O 3电极表现出出色的CO 2转化率到甲酸盐（HCOO - ）具有低超电势发病和-52.2毫安高质量的比甲酸局部电流密度毫克-1，它比在下拉式铸造控制的Bi≈3倍2 ö 3催化剂（-15.5毫安毫克-1），和高法拉第效率（FE HCOO -在-1.2V，相对于可逆氢电极施加的电位的87％）。这些发现表明，高暴露的粗糙的β相Bi 2 O 3 / Bi边缘和这些分形结构的改进的电子密度是获得高CO 2 RR活性的关键因素。
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