近日，南方科技大學(xué)化學(xué)系教授權(quán)澤衛(wèi)課題組在新型納米合金材料領(lǐng)域取得最新進(jìn)展，該成果以“Novel Bi-Doped Amorphous SnOx Nanoshells for Efficient Electrochemical CO2 Reduction into Formate at Low Overpotentials”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域頂級期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。

價格低廉、無毒、環(huán)境友好的金屬錫（Sn）與鉍（Bi）在能源轉(zhuǎn)化和存儲等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。然而，由于Sn與Bi的晶格失配大（>22%）、易相分離和氧化、以及二者之間相容性低于2 at%，使得純相Sn1-xBix合金材料的制備及其物化性質(zhì)的研究成果較少被報道。該研究中，團(tuán)隊首次在無水無氧的條件下通過一鍋濕化學(xué)法制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、組分可調(diào)的四方相Sn1-xBix合金納米晶，其中Bi的含量可以達(dá)到20 at%，遠(yuǎn)超過的研究結(jié)果（<2 at%）。

核殼Sn0.80Bi0.20@Bi-SnOx納米顆粒的結(jié)構(gòu)表征

一般來說，Sn與Bi都是對空氣敏感且易于氧化的金屬。因此，當(dāng)Sn1-xBix合金納米晶暴露在空氣中時，表層的Sn與Bi原子會發(fā)生氧化形成無定型的納米氧化層。通過雙球差電鏡（HAADF-STEM）、原子分辨級電子能量損失光譜（EELS）、以及X-光電子能譜（XPS）等一系列表征，團(tuán)隊進(jìn)一步揭示了該納米氧化層是一種零價Bi原子摻雜的無定型SnOx結(jié)構(gòu)。形成該結(jié)構(gòu)的原因可能是Sn與Bi的競爭氧化，具有較高氧親和能的Sn會首先被氧化成無定型的SnOx,然后將Bi原子錨定在其中，最后形成這種特殊而又新穎的零價Bi原子摻雜的無定型SnOx納米殼層。

Sn0.80Bi0.20@Bi-SnOx催化劑CO2還原性能

團(tuán)隊進(jìn)一步研究了新型的零價Bi原子摻雜的無定型SnOx納米殼層在CO2電化學(xué)還原中的性能。該催化劑在較寬的低電位區(qū)間（-0.67到 -0.92 V vs RHE）具有很高的甲酸產(chǎn)率（>90%），該性能遠(yuǎn)超此前研究出來的氧化錫類催化劑。通過詳細(xì)的電催化分析和對應(yīng)的密度泛函理論計算，團(tuán)隊揭示了該結(jié)構(gòu)優(yōu)越的性能是由于Bi原子摻入SnOx中抑制了H2和CO的形成，從而促進(jìn)了甲酸的產(chǎn)生。

該研究中，權(quán)澤衛(wèi)為唯一通訊作者，化學(xué)系科研助理楊琦為論文第一作者。該工作得到了廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授沈培康和南科大化學(xué)系副教授段樂樂的大力支持。該研究工作得到基金委、科技部、教育部重點實驗室等項目的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002822