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三單位聯(lián)合AFM: 亞納米結(jié)構(gòu)助力SnO2納米顆粒高效電催化CO2RR

三單位聯(lián)合AFM: 亞納米結(jié)構(gòu)助力SnO2納米顆粒高效電催化CO2RR
電化學(xué)二氧化碳還原反應(yīng)(CO2RR)是降低CO2濃度和生成高附加值產(chǎn)物的一種有效方法。最近的報道顯示,催化劑結(jié)構(gòu)的(亞)納米設(shè)計是通過局部反應(yīng)環(huán)境來控制反應(yīng)過程的有效手段。
成均館大學(xué)Hyung Mo Jeong國立蔚山科學(xué)技術(shù)院Youngkook Kwon大邱慶北科學(xué)技術(shù)院Stefan Ringe等通過鋰電化學(xué)調(diào)諧(LiET)方法制備了一種新型氧化錫(SnOx)納米顆粒(NP)催化劑 (SnO x NP-s),該催化劑具有高度可控的亞納米級面間隙,寬度<1 nm。
三單位聯(lián)合AFM: 亞納米結(jié)構(gòu)助力SnO2納米顆粒高效電催化CO2RR
三單位聯(lián)合AFM: 亞納米結(jié)構(gòu)助力SnO2納米顆粒高效電催化CO2RR
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與未修飾的SnO2 NP相比,亞納米級間隙顯著提高了CO2RR/HER選擇性。平均粒子間距為7.04 ?的SnOx NP-s對CO和甲酸鹽表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性,在-1.2 VRHE時CO2RR部分電流密度為9.03 mA cm-2,分別比SnO2 NP和其他LiET處理的SnOx NP提高了 17.4倍和2.0倍。
此外,該催化劑在-0.9 VRHE至 -1.2 VRHE的寬電位范圍內(nèi)具有超過75%的高甲酸鹽FE,并且在-1.2 VRHE下獲得了81.0%的最大值,比未改性的SnO2 NPs高20%。
三單位聯(lián)合AFM: 亞納米結(jié)構(gòu)助力SnO2納米顆粒高效電催化CO2RR
DFT計算表明,甲酸和CO相對于HER的選擇性增加是由于限速中間體*COOH和 *OCHO的“間隙穩(wěn)定”。*COOH和*OCHO是限速中間體的事實(shí)通過含電解質(zhì)陽離子的交換得到證實(shí),這表明限速中間體對界面電場依賴性。
最后,證明了SnOx NP-s催化劑能夠穩(wěn)定運(yùn)行超過50小時,甲酸鹽選擇性為80%。該工作所提出的亞納米間隙概念為系統(tǒng)設(shè)計用于集成到實(shí)際設(shè)備中的高選擇性和活性電催化劑提供了一條新途徑。
Design of less than 1 nm Scale Spaces on SnO2 Nanoparticles for High-Performance Electrochemical CO2 Reduction. Advanced Functional Materials, 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107349

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