為了探究電化學(xué)轉(zhuǎn)變過程，我們利用半原位XRD，SEM，原位Raman等手段進行了結(jié)構(gòu)和組分的追蹤。如圖3所示，在施加電位的最初幾秒，材料由硫化鉍迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽G。隨后，在f-CFs表面經(jīng)過相對緩慢的重構(gòu)過程，組裝為相互交聯(lián)的鉍納米片結(jié)構(gòu)。理論計算結(jié)果表明，f-CFs表面對金屬鉍具有較高的結(jié)合能，電荷離域誘導(dǎo)金屬鉍在f-CFs表面的重構(gòu)生長過程。

       在流動池中CO2RR性能測試表明，在-0.9V時，BiNN-CFs 的甲酸法拉第效率FEHCOOH達到95.7%，在-0.5 ~-1.4 V的超寬電位區(qū)間內(nèi)，FEHCOOH依然維持在92%以上。在-1.3 V時，電流密度高達400 mA cm-2。特別地，通過優(yōu)化催化劑的載量，使其與太陽能電池的最大功率點匹配，實現(xiàn)了優(yōu)異的太陽能到甲酸的轉(zhuǎn)化率13.8%和高的太陽能到電能的利用率55.6%。

        要點四：反應(yīng)機理研究

       利用微分電化學(xué)質(zhì)譜揭示CO2RR過程中產(chǎn)物與電位之間的關(guān)系，同時利用原位紅外進一步識別關(guān)鍵的反應(yīng)中間體HCOO*。理論計算結(jié)果表明，具有晶格扭曲的Bi（012）對HCOO*具有更高的吸附能，能夠顯著降低反應(yīng)的吉布斯自由能，促進CO2的吸附和活化，從而實現(xiàn)高效電還原CO2。

【總結(jié)與展望】

       本文運用焦耳熱處理方法對碳纖維表面進行功能化，充分發(fā)揮Bi2S3與f-CFs表面間的相互作用，通過電化學(xué)驅(qū)動合成了功能碳纖維負載的三維鉍納米片（BiNN-CFs）。實驗和理論計算有機結(jié)合，揭示了原位界面反應(yīng)過程中結(jié)構(gòu)與形貌的轉(zhuǎn)變規(guī)律。作為電催化劑，BiNN-CFs表現(xiàn)出了優(yōu)異的二氧化碳還原催化性能。理論模擬計算揭示結(jié)構(gòu)重構(gòu)的鉍納米片邊緣具有豐富的缺陷結(jié)構(gòu)，能夠顯著調(diào)控p帶電子結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化反應(yīng)中間體的吸附，實現(xiàn)高效的二氧化碳電催化還原。同時，集成的太陽能驅(qū)動的CO2-H2O電解池展現(xiàn)出了優(yōu)異的能量轉(zhuǎn)化效率。該研究工作通過理解電化學(xué)調(diào)控界面轉(zhuǎn)變規(guī)律設(shè)計高效電催化劑，為進一步耦合太陽能實現(xiàn)高效清潔能源利用具有重要研究意義。

【論文信息】

 參考文獻：

 Wulan, B., Zhao, L., Tan, D., Cao, X., Ma, J., Zhang, J., Electrochemically Driven Interfacial Transformation For High-Performing Solar-To-Fuel Electrocatalytic Conversion. Adv. Energy Mater. 2022, 2103960.

 論文鏈接：

 https://doi.org/10.1002/aenm.202103960