南昌大學(xué)扶瑤等人報(bào)道了一種電化學(xué)原位重構(gòu)合成合金納米片異質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高效CO2還原生成甲酸的新策略。這種具有高電化學(xué)活性表面積的異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過有效穩(wěn)定*OCHO中間體，展現(xiàn)出了高的CO2活性和選擇性。
隨著全球能源需求的不斷上升，化石燃料的過度消耗導(dǎo)致CO2排放量激增，加劇了溫室效應(yīng)等環(huán)境問題。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，科學(xué)家們探索了利用可再生電力驅(qū)動(dòng)的二氧化碳還原反應(yīng)（CO2RR），這是一種將CO2轉(zhuǎn)化為有價(jià)值化學(xué)品和燃料的可持續(xù)方法。與傳統(tǒng)的氣體產(chǎn)品相比，液態(tài)產(chǎn)品如甲酸鹽因其高能量密度和便于運(yùn)輸儲(chǔ)存而更受青睞。甲酸鹽不僅可作為油氣行業(yè)的熱傳遞介質(zhì)，還有望成為儲(chǔ)氫的載體。盡管已有多種金屬如鉛、銦、鉍和錫在CO2RR中顯示出向甲酸鹽轉(zhuǎn)化的選擇性，但它們的工業(yè)應(yīng)用仍受限于活性和選擇性不足。 基于以上問題，南昌大學(xué)扶瑤等人通過在銅摻雜的二硫化錫（Cu-SnS2）納米片上沉積銅顆粒，構(gòu)建了一種新型的Cu@Cu-SnS2異質(zhì)催化劑。這種催化劑在工作電位下能夠重構(gòu)為Cu2O@Cu6Sn5，不僅保持了原始的二維納米片形貌，同時(shí)在-1.1 V（Vs. RHE）的條件下，展現(xiàn)出超過90%的甲酸法拉第效率。穩(wěn)定性測(cè)試表明其在-1.1 V條件下可以穩(wěn)定還原10個(gè)小時(shí)。 原位拉曼實(shí)驗(yàn)揭示了Cu@Cu-SnS2的結(jié)構(gòu)原位轉(zhuǎn)變過程，Cu@Cu-SnS2在-0.4至-0.9V條件下會(huì)部分脫硫形成Cu2O@Cu-SnS中間體，當(dāng)電勢(shì)大于-0.9V時(shí)則會(huì)完全脫硫形成Cu2O@Cu6Sn5合金異質(zhì)結(jié)構(gòu)。Cu2O@Cu6Sn5對(duì)CO2還原產(chǎn)甲酸的高選擇性來自于Cu和Sn活性位點(diǎn)的協(xié)同作用，它們共同穩(wěn)定了關(guān)鍵的*OCHO中間體，并顯著抑制了CO和H2的形成路徑，實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的CO2產(chǎn)甲酸反應(yīng)。這項(xiàng)研究不僅為催化劑在高CO2RR電位下的重構(gòu)機(jī)制提供了深入的理解，而且為開發(fā)滿足工業(yè)CO2RR標(biāo)準(zhǔn)的高效電催化劑提供了新的思路和方法。 論文信息 In situ Reconstructured Alloy Nanosheets Heterojunction for Highly Selective Electrochemical CO2 Reduction to Formate Yao Fu, Binghuan Zeng, Xin Wang, Longsheng Lai, Qifan Wu, Kangmin Leng Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202402301
