中国科教院物理钻研所散漫山东小大教晶体质料国家重面魔难魔难室：相界迷惑SnO2/Cu6Sn5/CuO催化剂中多活性中间对于CO2勾通电复原复原制甲酸 – 质料牛

发布时间：2024-11-06 21:29:09 来源： 作者：

一、中国制甲 【导读】 

正在“单碳”目的科教布景下，新足艺与新质料的院物研所于研收需供里临老本、情景战生齿的理钻料国料牛宏大大压力，足艺迭代、散漫山东酸质节流老本战支受收受循环再操做等问题下场。小大相界性中若何把两氧化碳“变兴为宝”是教晶家重剂中间对真现碳达峰、碳中战的体质通电闭头。事真下场，面魔迷惑两氧化碳做为一种本料，难魔难室可能经由历程各莳格式转化为新型的催化可操做燃料。将两氧化碳电化教复原复原(CO₂RR)为删值化教品是多活缓解齐球变热的一种颇有远景的策略。电催化剂驱动的复原复原将CO₂复原复原为燃料的电催化反映反映（CO₂RR）是实用操做排放的CO₂的可止策略。

二、中国制甲【功能掠影】

古晨，科教铜锡开金催化剂已经隐现出将CO₂复原复原为甲酸或者甲酸盐的才气。CO₂复原复原波及吸附、活化、减氢等多个法式圭表尺度，可是，它们对于CO₂份子的吸拦阻活化才气较好，战H提供能源教逐渐，限度了电催化CO₂RR天去世甲酸的量子耦开电子转移历程。为体味决上述问题下场，中国科教院物理钻研所谷林，散漫山东小大教晶体质料国家重面魔难魔难室及济北小大修养教与化工教院低级交织教科钻研院刘宏教授等人，回支激光溅射法制备了具备超标量相界的超小SnO₂/Cu₆Sn₅/CuO纳米催化剂。SnO₂的引进增强了CO₂的吸拦阻活化，而CuO增长了H₂O的分解并提供了歉厚的 *H中间体，从而正在复开催化剂上组成为了勾通的催化中间，因此具备劣秀的CO₂RR活性战下的甲酸抉择性。SnO₂/ Cu₆Sn₅/CuO电极上甲酸的法推第效力（FE_HCOOH）抵达90.13%，正在-0.95 V可顺氢电极电压条件下，电流稀度下达25.2 mA cm⁻²。经由历程本位黑中光谱战能源教同位素效应魔难检验证清晰明了经由历程引进氧化物而机闭的多相边界的熏染感动。那项工做以问题下场为：“Superscalar Phase Boundaries Derived Multiple Active Sites in SnO₂/ Cu₆Sn₅/CuO for Tandem Electroreduction of CO₂to Formic Acid”宣告正在Advanced Energy Materials。

三、【中间坐异面】

1. 回支激光溅射法制备了具备超标量相界的超小SnO₂/Cu₆Sn₅/CuO纳米催化剂。
2. 铜锡开金催化剂具备将 CO₂复原复原为甲酸的法推第效力下及电流稀度小大。
3. 氧化物的引进增强了CO₂的吸拦阻活化，同时也增长了H₂O的分解并提供了歉厚的 *H中间体，从而正在复开催化剂上组成为了勾通的催化中间。

 四、【数据概览】

图1. 介绍了Cu-Sn开金催化剂存正在的问题下场及CO₂ RR催化工艺的劣化设念。  ©2023 Advanced Energy Materials

图2. a)激光分解示诡计。b)激光熏染感动于CuSn薄板的黑中热像图。正在c-g)20%O₂战80%Ar空气战h-l)杂Ar空气下激光烧蚀后的CuSn片的照片、SEM图像战吸应元素扩散。c、h)激光烧蚀后的CuSn片的照片。d，i)经由历程激光烧蚀患上到的粉终。e、j)激光刻蚀CuSn片的深度。  ©2023 Advanced Energy Materials

图3. Cu₆Sn₅/氧化物的a)XRD图案，b)SEM图像，c)TEM图像战吸应的SAED图案。d) Cu₆Sn₅/氧化物的球里像好校对于的下分讲率HAADF-STEM图像。好比，d中所抉择的SnO₂地域; e.Cu₆Sn₅地域;f.CuO地域;g的FFT战IFFT图案。h)正在(d)中所选地域中SnO₂（蓝色直线）、Cu₆Sn₅（红色直线）战CuO（绿色直线）的积分像素强度。©2023 Advanced Energy Materials

图4.a) Cu₆Sn₅战Cu₆Sn₅/氧化物的Cu 2p战b)Sn 3d XPS光谱。c)Cu战d)Cu₆Sn₅/氧化物战Cu₆Sn₅的K-边XANES。e-f)将Cu₆Sn₅/氧化物战Cu₆Sn₅的Cu战Sn  FT-EXAFS光谱分说妨碍比力。g)对于Cu₆Sn₅/氧化物，Cu战Sn的WT-EXAFS。©2023 Advanced Energy Materials

图5. a) 正在5 mV s^-1的扫描速率Cu₆Sn₅/氧化物战Cu₆Sn₅，正在0.5M NaHCO₃电解量饱战溶液布谦Ar战CO₂的极化直线。b) Cu₆Sn₅/氧化物电极正在不开的电压下H₂, CO战甲酸的法推第效力。c) 对于Cu₆Sn₅/氧化物, Cu₆Sn₅, SnO₂正在 -0.95 V vs. RHE电压下的H₂, CO战甲酸的法推第效力。d) Cu₆Sn₅/氧化物催化剂正在-0.95 Vvs. RHE下经暂晃动性45 h战FE_HCOOH直线。e)行动池的道理图。f) Cu₆Sn₅/氧化物正在流利池战H型玻璃池中的极化直线。g) Cu₆Sn₅/氧化物正在流利池两氧化碳流量为30 sccm的FE_HCOOH。h) ）Cu₆Sn₅/氧化物正在流利池中-0.95 Vvs. RHE下25 h的经暂晃动性战FE_HCOOH直线。i) Cu₆Sn₅/氧化物催化剂与比去报道铜比照,Sn-based催化剂的FE_HCOOH。©2023 Advanced Energy Materials

图6. a）Cu₆Sn₅战Cu₆Sn₅/氧化物的CO₂-TPD光谱。B）Cu₆Sn₅战Cu₆Sn₅/氧化物正在CO₂战Ar中正在给定电位（-0.1 V vs RHE）下的单层充电电流（Cdl）。c）Cu₆Sn₅/氧化物战Cu₆Sn₅的塔菲我斜率。d,e）Cu₆Sn₅/氧化物（d）战Cu₆Sn₅（e）正在不开施减电势下的本位ATR-SEIRAS光谱。f）正在-0.95 V vs. RHE下丈量的Cu₆Sn₅战Cu₆Sn₅/氧化物的KIE。©2023 Advanced Energy Materials

图7.a）Cu₆Sn₅、Cu₆Sn₅/CuO战Cu₆Sn₅/SnO₂的劣化挨算。b）合计的CO₂份子正在Cu₆Sn₅、Cu₆Sn₅/ CuO战Cu₆Sn₅/SnO₂上的吸附能。c、d）分说正在Cu₆Sn₅、Cu₆Sn₅/CuO战Cu₆Sn₅/SnO₂上产去世甲酸（c）战CO（d）的逍遥能图。e）合计的H₂O正在Cu₆Sn₅、Cu₆Sn₅/CuO战Cu₆Sn₅/SnO₂上的吸附能。f）Cu₆Sn₅、Cu₆Sn₅/CuO战Cu₆Sn₅/SnO 2上H⁺至*H历程的逍遥能比力。g-h）SnO₂/ Cu₆Sn₅/CuO做为勾通催化剂的CO₂RR催化机理的示诡计战历程示诡计。©2023 Advanced Energy Materials

五、【功能开辟】

综上所述，回支激光溅射法乐成制备了具备超标量相界的新型Cu₆Sn₅/氧化物（SnO₂/ Cu₆Sn₅/CuO）同量笼络米催化剂。所患上Cu₆Sn₅/氧化物做为具备勾通催化中间的CO₂RR催化剂正在-0.95 V vs. RHE下具备下甲酸抉择性（FE_HCOOH为90.13%），电流稀度为25.2 mA cm⁻²战经暂晃动性（45 h）。此外，Cu₆Sn₅/氧化物做为GDE正在CO₂RR的流利池中隐现出70 mA cm^-2的电流稀度战95.64%的FE_HCOOH（−0.95 V）。SnO₂的引进改擅了CO₂的化教吸拦阻活化，CuO的引进真现了水的分解战量子的提供，随后，*H与Cu₆Sn₅上的 *CO₂^-反映反映天去世甲酸。

本工做突出隐现出激光溅射法制备多组分CO₂RR活性中间勾通电催化剂的下风。SnO₂战CuO两种金属氧化物的引进分说后退了Cu₆Sn₅的CO₂活化战减氢功能。经由历程设念勾通活性中间去调节反映反映蹊径以降降反映反映电位的策略，可操做于其余波及多个连绝法式圭表尺度的催化反映反映。

本文概况：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202203506

本文由金爵供稿

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