摘要：二氧化碳电化学还原(Carbon dioxide electrochemical reduction， CO2RR)在缓解二氧化碳引起的环境问题和实现产品增值方面前景突出。其中，甲酸是重要的储氢材料和化工中间体，并且CO2RR产甲酸可以在温和的条件进行，故受到了广泛的关注。针对CO2RR活性低、产甲酸速率低的问题，本文采用模板法制备了中空纳米碳球负载氧化铋催化剂(Bi2O3@HCS)用于CO2RR产甲酸。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope， SEM)、透射电镜(Transmission Electron Microscope， TEM)、X射线衍射仪(X-ray Powder diffractometer， XRD)和X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy， XPS)方法，对Bi2O3@HCS催化剂的表面形貌和结构组成进行了分析；采用线性扫描伏安曲线(linear sweep voltammograms， LSV)和电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy， EIS)电化学测试方法比较了Bi2O3@HCS催化剂的电子转移能力。在H型电解槽中，开展了Bi2O3@HCS催化剂用于CO2RR产甲酸性能的研究，考察了Bi负载量、阴极电位、KHCO3电解液浓度和溶液pH对产甲酸性能的影响。结果表明，尺寸均一的Bi2O3@HCS催化剂在Bi负载量为2.0 mmol/L时，Bi2O3@HCS-2催化剂具有最佳的电子转移能力；阴极电位为-1.1 V vs. RHE和电解液浓度为0.1 mol/L KHCO3的条件下，Bi2O3@HCS-2催化剂反应2 h甲酸产率可达1108.11 μmol/L/h/cm2，其甲酸法拉第效率(FEHCOO-)可达到50%以上，并且Bi2O3@HCS-2催化剂在CO2RR产甲酸中表现出良好的电极局部pH适应性和稳定性。具有限域作用的中空纳米碳球有效限制了活性组分Bi0与Bi2O3的团聚，丰富的Bi2O3提高了CO2RR产甲酸的反应动力学，而Bi0与Bi2O3之间存在的金属价态转变进一步提高了电子转移能力，从而实现了高的CO2RR产甲酸速率。
文章目录
1 材料和方法
1.1 材料
1.2 催化剂制备
1.2.1 Bi2O3@HCS催化剂的制备
1.2.2 碳载Bi2O3@HCS工作电极的制备
1.3 分析测试仪器
1.4 电化学测试
1.5 产物分析
2 实验结果与讨论
2.1 Bi2O3@HCS催化剂结构表征
2.1.1 形貌分析
2.1.2 XRD分析
2.1.3 XPS分析
2.2 Bi2O3@HCS催化剂电化学活性分析
2.3 Bi2O3@HCS催化剂CO2RR甲酸产率的研究
2.3.1 Bi负载量对甲酸产率的影响
2.3.2 阴极电位的影响
2.3.3 KHCO3电解液浓度的影响
2.3.4 pH对甲酸产率的影响
2.4 稳定性分析
3 结 论
