电化学二氧化碳还原反应(CO2RR)制甲酸酯在电化学能源领域引起了极大的兴趣。铜基材料是一种很有吸引力的CO2RR电催化剂。然而,在CO2RR的高阴极电势下保留Cu2+仍然是一个巨大的挑战。受腐蚀科学的启发,北京大学郭少军和北京航空航天大学Tianqi Guo报道了一种牺牲保护策略,通过嵌入活性非晶SnO2(c-CuO/a-SnO2)来稳定界面结晶CuO,从而大大提高CO2RR对甲酸盐的电催化敏感性、活性和稳定性。
本文要点
(1)所制备的混合催化剂可以实现CO2RR对甲酸盐的优异高选择性,法拉第效率(FE)为96.7%,超高电流密度超过1 A cm−2,远远优于工业基准(FE>90%,电流密度>300 mA cm−2)。
(2)原位XAS、XRD测试实验和理论计算结果表明,界面a-SnO2中加宽的s轨道为额外的电子提供了比Cu2+更低的轨道,可以有效地保留附近的Cu2+,并且高活性界面显著降低了有限阶跃的能垒(*CO2→ *HCOO),并提高了对甲酸盐的选择性和活性。
Binbin Jia, et al. Restraining Interfacial Cu2+ by Using Amorphous SnO2 as Sacrificial Protection Boosts CO2 Electroreduction. Advanced Materials. 2023
DOI:10.1002/adma.202305587
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305587