自工業(yè)化以來，化石能源過度消耗，破壞了自然碳循環(huán)，導(dǎo)致全球大氣中CO2濃度以驚人速度上升，進(jìn)而引發(fā)一系列環(huán)境與氣候問題，解決這一問題的有效手段之一是設(shè)計(jì)高效催化劑將CO2電化學(xué)還原為有價(jià)值的單碳或多碳產(chǎn)物。在諸多催化劑中，銀基催化劑以優(yōu)越的催化活性與較低的成本受到廣大研究者們的青睞，但如何使催化劑在低電位下具有高選擇性依然是研究的主要挑戰(zhàn)。
近日，北京科技大學(xué)耿東生課題組以Ag/SnO2材料為研究對(duì)象，使用硝酸銀(AgNO3)與三水合錫酸鉀(K2SnO3·3H2O)為前驅(qū)體，采用一鍋油浴法制備了具有不同SnO2含量的Ag/SnO2-x (x=8%, 15%, 30%, Sn的原子百分比)復(fù)合物材料。結(jié)果表明，與不含SnO2的純銀相比，Ag/SnO2-x復(fù)合材料具有更大的電化學(xué)活性面積；非晶態(tài)的SnO2與多晶Ag均勻分布在復(fù)合物中，形成了豐富的晶體缺陷結(jié)構(gòu)。
圖1. a) Ag/SnO2-15%復(fù)合物的高分辨透射電子顯微鏡圖像顯示的缺陷位點(diǎn)細(xì)節(jié); b)Ag與Ag/SnO2復(fù)合物XRD圖譜。 電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明復(fù)合物展現(xiàn)出較低過電位下對(duì)C1物種極高的法拉第效率與能量效率，其中Ag/SnO2-15%對(duì)CO2還原表現(xiàn)出最佳的催化活性，產(chǎn)CO的法拉第效率可以達(dá)到99.2%。在將C1部分電流密度歸一化到電化學(xué)活性面積以后，Ag/SnO2-15%仍表現(xiàn)出增強(qiáng)的C1部分電流，表明了該復(fù)合物催化劑本征活性的提高。研究證實(shí)SnO2誘導(dǎo)Ag形成的豐富結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)形成CO的關(guān)鍵中間體*COOH具有更強(qiáng)的吸附能力與更優(yōu)的熱力學(xué)反應(yīng)路徑，從而導(dǎo)致該催化劑在低過電位下的高法拉第效率。除此之外還發(fā)現(xiàn)適量的SnO2對(duì)氫氣析出反應(yīng)的抑制作用，這使得復(fù)合物Ag/SnO2-15%可以在寬至600 mV的電化學(xué)窗口內(nèi)保持90%以上的CO法拉第效率。該工作通過定向缺陷工程為提高CO2-CO轉(zhuǎn)化效率提供了一條切實(shí)可行的途徑，同時(shí)也證明了復(fù)合物材料中組分間的協(xié)同作用。 圖2. a)在Ar與CO2飽和環(huán)境下線性掃描伏安曲線; b)Ag/SnO2-15%的法拉第效率統(tǒng)計(jì)結(jié)果; c)Ag和Ag/SnO2-15%能量效率比較結(jié)果; d)Ag與Ag/SnO2復(fù)合物H2法拉第效率折線統(tǒng)計(jì)結(jié)果。 論文信息： Enhanced electrochemical reduction of CO2 to CO on Ag/SnO2 by synergistic effect of morphology and structural defects Meng Li, Yue Hu, Dawei Wang, Dongsheng Geng* 文章第一作者為北京科技大學(xué)研究生李猛 Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202100718
