利用電化學CO2還原反應(CO2RR)生產(chǎn)增值燃料或化工原料是實現(xiàn)碳中和的一種有前景的策略。在眾多電化學CO2RR產(chǎn)物中，甲酸/甲酸(HCOOH/HCOO?)具有較高的市場價值。
然而，一氧化碳(CO)的生成也經(jīng)歷了雙電子轉(zhuǎn)移過程，其會與HCOOH/HCOO?發(fā)生競爭。同時，CO2RR過程中析氫反應(HER)更難抑制(特別是在高過電位時)，使得HCOOH的部分電流密度難以超過200 mA cm?2，法拉第效率(FE)超過90%。因此，構(gòu)建高效的催化劑以調(diào)節(jié)HCOOH的選擇性和抑制HER成為推動電化學CO2RR發(fā)展的關(guān)鍵。近日，山東大學陳代榮和夏玉國等在CeO2-x上同時引入Cu和Sn原子，構(gòu)建了具有p區(qū)和d區(qū)元素協(xié)同的電催化劑(CuSn/CeO2-x)。具體而言，EXAFS和結(jié)合能計算證實了具有兩個氧空位的Cu?Sn雙原子具有最穩(wěn)定的幾何結(jié)構(gòu)；實驗表征和理論計算表明，Cu?Sn雙原子的協(xié)同效應能夠降低CO2RR反應能壘并促進*OCHO中間體產(chǎn)生，導致CuSn/CeO2-x催化劑具有較高的甲酸鹽選擇性。因此，得益于Cu和Sn單原子橋聯(lián)的形成，所制備的CuSn/CeO2-x催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的甲酸鹽選擇性，在甲酸鹽部分電流密度為216.8 mA cm?2，電壓為?1.2 VRHE時甲酸鹽的法拉第效率高達98.1%；同時，CuSn/CeO2-x在?1.2 VRHE下連續(xù)運行10小時而沒有發(fā)生衰減，表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。此外，電化學表征結(jié)果顯示，氧空位的存在提高了CuSn/CeO2-x的電化學性能和穩(wěn)定性，證明調(diào)節(jié)CO2RR催化劑的表面結(jié)構(gòu)的重要性。綜上，該項工作通過調(diào)節(jié)單原子錨定載體的表面結(jié)構(gòu)顯著提升了催化劑的電化學活性和穩(wěn)定性，這為設計高效的CO2RR電催化劑提供了有效的策略。Boosting Electrochemical Reduction of CO2 to Formate over Oxygen Vacancy Stabilized Copper–Tin Dual Single Atoms Catalysts. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303473
