2023年9月30日和10月2日，加拿大阿尔伯塔大学/深圳大学骆静利院士团队分别在Energy & Environmental Science（简称Energy Environ. Sci.或EES）和ACS Catalysis（简称ACS Catal.）上连续发表了最新成果，即“A Coupled Electrocatalytic System with Reduced Energy Input for CO2 Reduction and Biomass Valorization”和“Fluorine-Stabilized BO6 Octahedron of Host Perovskites for Robust Carbon Dioxide Electrolysis on Exsolved Catalysts”。下面，对这两篇最新成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！
Energy Environ. Sci.：耦合电催化系统助力CO2还原和生物质高价值转化
阴极电化学CO2还原（eCO2RR）与阳极电化学5-羟甲基糠醛氧化反应（HMFOR）耦合是一种协同生产高附加值化学品的方法，同时降低了能量输入，但主要挑战是开发有效的eCO2RR和HMFOR电催化剂。基于此，骆静利院士等人报道了一个由阴极eCO2RR和阳极HMFOR并行的经济生成甲酸盐和生物质增值的耦合系统，利用单原子Cu掺杂Bi（Cu1Bi）和NiCo层双氢氧化物（NiCo LDH）分别作为阴极和阳极催化剂。
由于加速了水解离，Cu1Bi阴极催化剂表现出与工业相关的甲酸盐生产速率（在-0.9 V下jformate > 1 A cm-2），同时在电流密度为200 mA cm-2下保持93%的法拉第效率（FEformate）运行45 h，优于大多数已报道的甲酸盐制备催化剂。此外，NiCo LDH阳极催化剂对HMF转化为2, 5-呋喃二羧酸表现出高活性，在低电位下的法拉第效率（FE）超过95%。
成对的eCO2RR-HMFOR系统将eCO2RR转化为甲酸盐的电力输入减少到每吨甲酸盐约3493 kWh，比传统的eCO2RR（每吨甲酸盐约4528 kWh）节能22.9%。本研究为低能耗的CO2还原和生物质稳定化提供了一条有吸引力的途径。
图4. NiCo LDH和NiCo LDH/NF的表征与催化性能
图5. eCO2RR-HMFOR系统的示意图和性能
在文中，作者展示了一种耦合eCO2RR-HMFOR电催化系统，用于较低能耗的甲酸盐生产和生物质衍生的羟甲基糠醛稳定化。作者开发了一种SAA电催化剂Cu1Bi，用于高活性阴极eCO2RR生成甲酸盐，在流动池中jformate > 1 A cm-2和FEformate > 85%。
由于Cu单原子加速了水的解离过程，促进了质子化步骤，从而有利于甲酸盐的生成。耦合电催化系统能够在阳极获得有价值的FDCA产物，在阴极获得甲酸盐，比传统的eCO2RR-OER系统电耗降低22.9%。本工作不仅为设计高效的eCO2RR合成甲酸电催化剂提供了有效的策略，而且为有利可图和可持续的生物质增值提供了一条有前途的途径。
A Coupled Electrocatalytic System with Reduced Energy Input for CO2 Reduction and Biomass Valorization.Energy Environ. Sci., 2023, DOI: 10.1039/D3EE01999C.
ACS Catal.：氟掺杂策略助力稳定的CO2电解！
在固体氧化物电解电池中，纳米粒子的溶出已成为提高钙钛矿对CO2电解催化活性的一种流行技术。然而，考虑到溶出对整体性能的提高，宿主钙钛矿的相演化对催化性能的潜在负面影响往往被忽视。
基于此，骆静利院士和Hongbo Zeng等人报道了一种简单的氟掺杂策略，以抑制Sr2Fe1.2Ni0.3Mo0.5O6-δ（SFN3M）在溶出过程中的相变。实验表征结合密度泛函理论（DFT）计算表明，在SFN3M晶格中加入氟有利于保持B-位点阳离子的高氧化态，抑制晶格中的氧损失，从而在宿主钙钛矿中形成坚固的BO6八面体。
此外，作者还发现保存完好的双钙钛矿结构与CO2的相互作用更强，从而增强了F掺杂的溶出SFN3M（F-SFN3M-red）的催化活性。宿主钙钛矿稳定的BO6八面体显著增强了F-SFN3M-red在高压（≥1.4 V）CO2电解下的分解阻力，从而在较宽的电压范围内显著提高了CO产率。这些发现突出表明，F掺杂策略具有很大的潜力，有助于开发具有高催化活性和稳定性的溶出钙钛矿，用于更广泛的电催化应用。
图2. F-SFN3M-red增强结构稳定性的理解
图3. SFN3M-red和F-SFN3M-red的表征
图6. F-SFN3M-red在宽电压范围内的稳定CO生产率
总之，作者证明了简单的F掺杂策略可以防止相变并增强F-SFN3M-red对CO2电解的稳定性。F-SFN3M-red表面保存完好的DP结构与CO2的相互作用更强，从而提高了催化活性。宿主钙钛矿对分解的较高电阻是F-SFN3M-red-GDC稳定输出的原因，因此在广泛的电压范围内，特别是在1.4 V以上，具有出色的CO生产率。
此外，SFN3M-red-GDC由于其在1.4 V以上的快速衰减，显示出微弱的CO输出性能。实验表征和DFT计算表明，占据O位点的F阴离子能够保持B位点可还原阳离子的高氧化态，并阻碍晶格氧的损失。这些发现为高催化活性和稳定性的钙钛矿基催化剂工程提供了一种简单而有效的F掺杂策略，对实现P-eNs在固体氧化物电池中大规模储能和转化的商业应用具有重要意义。
Fluorine-Stabilized BO6 Octahedron of Host Perovskites for Robust Carbon Dioxide Electrolysis on Exsolved Catalysts. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c01897.
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