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Mn-doped Bi2O3 grown on PTFE-treated carbon paper for electrochemical CO2-to-formate production
Journal of Catalysis ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-10-16 , DOI: 10.1016/j.jcat.2024.115798 Junjie Shi, Paulina Pršlja, Milla Suominen, Benjin Jin, Jouko Lahtinen, Lilian Moumaneix, Xiangze Kong, Tanja Kallio
Journal of Catalysis ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-10-16 , DOI: 10.1016/j.jcat.2024.115798 Junjie Shi, Paulina Pršlja, Milla Suominen, Benjin Jin, Jouko Lahtinen, Lilian Moumaneix, Xiangze Kong, Tanja Kallio
BiOx shows promising selectivity in catalyzing the electrochemical reduction of CO2 to formate, but the process suffers from high overpotential and a low rate. Moreover, the active sites are still ambiguous under electrochemical conditions. Herein, we introduce Mn-doping to enhance the activity of binder-free Bi2 O3 and elaborate on active sites through in situ Raman and density functional theory (DFT) analyses. The Mn-doped Bi2 O3 transforms to Mn-doped Bi2 (CO3 )O2 in KHCO3 and subsequently reduces to Mn-modified metallic Bi under cathodic potentials. The undoped Bi2 O3 is found to follow the same phase transitions but at a different rate. The DFT analyzes the impact of doping the Bi(012) with Mn and indicates significantly improved selectivity for formate generation. Further, the importance of the substrate’s hydrophobicity for long-term stability is demonstrated. This study offers in-depth insights into the design and understanding of doped BiOx -based electrodes for CO2 reduction.
中文翻译:
在 PTFE 处理的碳纸上生长的 Mn 掺杂 Bi2O3 用于电化学 CO2 制甲酸盐生产
BiOx 在催化 CO2 电化学还原为甲酸盐方面显示出有希望的选择性,但该过程存在高过电位和低速率的问题。此外,在电化学条件下,活性位点仍然不明确。在此,我们引入了 Mn 掺杂以增强无粘合剂 Bi2O3 的活性,并通过原位拉曼和密度泛函理论 (DFT) 分析详细说明了活性位点。Mn 掺杂的 Bi2O3 在 KHCO3 中转化为 Mn 掺杂的 Bi2(CO3)O2,随后在阴极电位下还原为 Mn 修饰的金属 Bi。发现未掺杂的 Bi2O3 遵循相同的相变,但速率不同。DFT 分析了用 Mn 掺杂 Bi(012) 的影响,并表明甲酸盐生成的选择性显着提高。此外,还证明了基材的疏水性对长期稳定性的重要性。本研究为设计和理解用于 CO2 还原的掺杂 BiOx 基电极提供了深入的见解。
更新日期:2024-10-16
中文翻译:
在 PTFE 处理的碳纸上生长的 Mn 掺杂 Bi2O3 用于电化学 CO2 制甲酸盐生产
BiOx 在催化 CO2 电化学还原为甲酸盐方面显示出有希望的选择性,但该过程存在高过电位和低速率的问题。此外,在电化学条件下,活性位点仍然不明确。在此,我们引入了 Mn 掺杂以增强无粘合剂 Bi2O3 的活性,并通过原位拉曼和密度泛函理论 (DFT) 分析详细说明了活性位点。Mn 掺杂的 Bi2O3 在 KHCO3 中转化为 Mn 掺杂的 Bi2(CO3)O2,随后在阴极电位下还原为 Mn 修饰的金属 Bi。发现未掺杂的 Bi2O3 遵循相同的相变,但速率不同。DFT 分析了用 Mn 掺杂 Bi(012) 的影响,并表明甲酸盐生成的选择性显着提高。此外,还证明了基材的疏水性对长期稳定性的重要性。本研究为设计和理解用于 CO2 还原的掺杂 BiOx 基电极提供了深入的见解。