电化学二氧化碳还原反应(CO2RR)生产高附加值燃料,为缓解能源危机、实现全球碳中和提供了一条可持续的途径。 与气相产品相比,液体产品具有更高的体积能量密度,并且更易于储存和分配。 特别是甲酸或甲酸(HCOOH)被广泛用作医药、防腐剂、电解冶金和皮革生产的重要原料。
迄今为止,报道的电催化剂均未满足CO2RR法拉第效率(Fe)超过90%和长期运行至少100小时的商业要求。 此外,在典型的 H 型或流通池反应装置中,所得液体产物通常与可溶性电解质混合,下游分离过程需要额外的能量。 因此,迫切需要开发高效的电催化剂和不溶性电解质体系,以获得高纯度的液体燃料产品。
最近周晓媛,重庆大学甘立勇跟韩光采用自模板转换和电化学还原策略设计合成了强耦合AG sn-sno2纳米线。 由于优化的电子结构、优异的电导率和丰富的反应位点,所得的AG sn-SNO2 NSS表现出优异的CO2RR性能,CO2部分的电流密度达到安培级(2000 mA cm-2),CO2电还原生成HCOOH的选择性接近90%,远远优于先前报道的催化剂。
同时,该催化剂在200 mA cm-2的电流密度下连续运行200 h,活性衰减不明显,表现出优异的稳定性。
原位光谱和理论计算表明,Ag纳米颗粒的偶联效应诱导sn-sno2表面Sn位点的电子富集,促进了关键*OCHO中间体的形成,降低了*OCHO向*HCOOH转化的能垒,促进了反应的快速进展。
值得注意的是,为了解决下游分离成本问题,研究人员在膜电极组装反应器(MEA)中引入了多孔固体电解质(PSE)层,该反应器以AG SN-SN2 NSS为阴极催化剂,能够连续运行200小时,并将CO2降低到约012 M 纯 HCOOH 溶液。 总之,本研究对进一步开发先进电催化剂和创新装置系统,促进CO2还原在液体燃料中的实际应用具有重要的指导意义。
strongly coupled ag/sn–sno2 nanosheets toward co2 electroreduction to pure hcooh solutions at ampere-level current. nano-micro letters, 2023. doi: 10.1007/s40820-023-01264-6