將化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，通過電化學(xué)的催化轉(zhuǎn)化成工業(yè)原料和燃料，不僅可促進(jìn)碳循環(huán)，緩解溫室效應(yīng)問題，同時可通過電化學(xué)儲能方式解決光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等清潔能源的間歇性問題。在眾多二氧化碳電還原產(chǎn)物中，甲酸是制藥、染料、橡膠等工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料，而且可充當(dāng)液體燃料，因而設(shè)計高效催化劑用以提高甲酸在二氧化碳電還原產(chǎn)物中的活性和選擇性尤為重要。由于二氧化錫具有價格低廉、毒性低和析氫性能弱等特點，一直被認(rèn)為是二氧化碳電還原制備甲酸的優(yōu)良催化劑。因此，通過對二氧化錫的化學(xué)改性進(jìn)一步提高其電化學(xué)催化活性具有重要意義。
圖1. (a) SnO2-lys的TEM圖像；(b) SnO2-lys的HRTEM圖像；(c) SnO2-lys和SnO2的XRD；(d) SnO2-lys的HAADF-STEM圖像以及EDS元素分布圖像；(e) SnO2-lys和SnO2的N 1s XPS圖像；(f) SnO2-lys和SnO2的FT-IRS譜圖。 近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組開發(fā)出一種賴氨酸修飾的二氧化錫納米催化劑（SnO2-lys）（圖1），其在CO2電催化還原反應(yīng)中表現(xiàn)出極高的甲酸產(chǎn)物選擇性。實驗結(jié)果表明，SnO2-lys在-0.5 ~ -2.3 V vs RHE的電勢區(qū)間內(nèi),其產(chǎn)甲酸法拉第效率均高于80%。特別是在-1.1 V vs RHE的電極電勢下，其制甲酸歸一化有效電流密度達(dá)到17.29 mA cm-2，是相同尺寸SnO2納米顆粒的2.86倍（圖2）。反應(yīng)機理研究和動力學(xué)分析表明，表面配體賴氨酸增加了CO2?-中間體的表面覆蓋度，加速了法拉第過程，提高了電化學(xué)催化活性。 圖2. SnO2-lys和SnO2的(a) FEHCOO-和(b) jHCOO-。(c) SnO2-lys和SnO2在-1.4 V vs RHE進(jìn)行6小時穩(wěn)定性測試的j和FEHCOO-。(d) SnO2-lys和SnO2進(jìn)行ECSA歸一化的jHCOO-。 論文信息 Lysine functionalized SnO2 for efficient CO2 electroreduction into formate. Chen Lin, Zifan Xu, Dr. Xiangdong Kong, Han Zheng, Prof. Dr. Zhigang Geng, Prof. Dr. Jie Zeng 文章第一作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生林宸。 ChemNanomMat DOI:10.1002/cnma.202200020
